algoritmo tabu search especializado para o problema de planejamento da expansao de sistemas ...

150 Pages·2015·0.9 MB·Portuguese

UNI VERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “Júlio de Mesquita Filho”

FACULDADE DE EN GENHARIA
CAMPUS DE ILHA SOLTEIRA

HAMID KHORASANI

ALGORITMO TABU SEARCH ESPECIALIZADO PARA O
PROBLEMA DE PLANEJAMENTO DA EXPANSAO DE SISTEMAS DE
TRANSMISSAO

Ilha Solteira
2015
HAMID KHORASANI
STATIC AND DYNAMIC TRANSMISSION NETWORK EXPANSION
PLANNING UNDER (N-1) SECURITY CONSTRAINTS

A tese submitted in partial fulfillment
of the requirements for the degree of
Doctor of Philosophy in Electrical
Engineering in the Electrical
Engineering Faculty of Ilha Solteira
UNESP, São Paulo, Brazil. Área do
Conhecimento: Automação.

Orientador:
Professor Rubén Augusto Romero Lázaro

Committee in charge:
Professor Rubén Augusto Romero Lázaro
Professor José Roberto Sanches Mantovani
Professora Marina Lavorato de Oliveira
Professor Walmir de Freitas Filho
Professor Carlos Roberto Mendonca Rocha

Ilha Solteira
2015
Khorasani Algoritmo Tabu SearchIlha Solteira2015 148 Sim Tese (doutoEngenhariaAutomaçãoSim
.
.
.
FICHA CATALOGRÁFICA
Desenvolvido pelo Serviço Técnico de Biblioteca e Documentação

Khorasani, Hamid.
K45a Algoritmo tabu search especializado para o problema de planejamento da
expansao de sistemas de transmissao / Hamid Khorasani. -- Ilha Solteira: [s.n.],
2015
148 f. : il.

Tese (doutorado) - Universidade Estadual Paulista. Faculdade de Engenharia
de Ilha Solteira. Área de conhecimento: Automação, 2015

Orientador: Rubén Augusto Romero Lázaro
Inclui bibliografia

1. Planejamento de expansão do sistema de transmissão. 2. Restrições de
segurança. 3. Algoritmo híbrido. 4. Algoritmo busca tabu especializado. 5.
Algoritmo genético. 6. Algoritmo heurístico construtivo.

Acknowledgment
I would like to thank Professor Rubén Romero for his continuous advice and
mentorship. His comments and advice have been invaluable and will serve me for a lifetime.
This thesis was prepared with a sense of ambition and innovation that would have been
impossible to attain without his leadership.
I also thank the rest of my thesis committee: professor José Roberto Sanches Mantovani,
professora Marina Lavorato de Oliveira, professor Walmir de Freitas Filho and professor Luis
Gustavo Wesz da Silva
I thank all the members of LaPSSE for their support and for helping me learning Portuguese.
I also thank Professor Masoud Rashidinejad, Mahdi Pourakbari, Leili Kheirkhah and Mohsen
Rahmani for helping and accompanying me during my doctoral studies. I value their
friendship and support as well.
Generous funding was provided by the FAPESP. Without their economic support, this thesis
would never have been completed.
Finally, I would like to thank my family, especially my mother and my father for their love,
support, patience and understanding.
Thanks to all

Resumo
O sistema de transmissão desempenha um papel muito importante na prevenção de cortes de
cargas, blecaute (colapso), etc., fornecendo energia para todos os tipos de consumidores e às
vezes em circunstâncias críticas. O problema de planejamento de expansão de sistemas de
transmissão (PET) possibilita que a rede transmita a energia gerada para abastecer os centros
de carga em todo instante de tempo, a fim de satisfazer a crescente demanda por energia
elétrica. No problema PET, além de cumprir com todas as restrições técnicas, deve-se
elaborar um plano de expansão econômico. O planejamento da expansão do sistema de
transmissão é um tipo de atividade em que as decisões devem são tomadas e planejadas em
nível nacional já que implica absorver recursos financeiros significativos. Consequentemente,
elaborar um projeto de expansão ideal, com o mínimo custo possível e com a máxima
confiabilidade é uma tarefa crucial. Do ponto de vista da estrutura dos sistemas de energia,
pode-se afirmar que o problema PET é analisado nos sistemas regulados e desregulados. O
principal objetivo do PET em um ambiente regulado é atender a demanda de carga, com
mínimo custo, levando em consideração o critério da confiabilidade. Por outro lado, em
sistemas de energia reestruturados, a expansão da transmissão destina-se a criar um ambiente
competitivo sem qualquer discriminação de acesso à rede de transmissão. Esse mecanismo
pode perfeitamente assegurar mercados competitivos. Em geral, o problema PET em
ambientes regulados é um problema de programação não-linear inteira mista, o qual envolve
algumas dificuldades, tais como um tempo prolongado para executar esse tipo de projetos,
assim como a necessidade de uma técnica de otimização não-convexa. Além disso, devido à
complicação dos problemas de otimização combinatória, e também por existir muitos
mínimos locais neste caso, trata-se de um problema que exige tempos de processamento
elevados. Além disso, tendo em vista que os métodos convencionais de programação
matemática não funcionam necessariamente bem, foram avaliadas várias técnicas de
otimização chamadas de meta-heurísticas para o referido problema. Entretanto, o escopo e a
possibilidade de se obter algoritmos ainda melhores ainda são evidentes. Na presente tese,
com a finalidade de resolver esses problemas através de algoritmos, foi desenvolvido um
algoritmo híbrido para resolver o problema PET considerando restrições de segurança. A
metodologia proposta está baseada principalmente na busca tabu e no algoritmo genético.
Adicionalmente, o algoritmo híbrido desenvolvido incorporou algumas estratégias
especializadas, com o objetivo de diminuir o tamanho da vizinhança e, consequentemente, o
número de problemas de programação linear que devem ser resolvidos de forma iterativa, na
busca da solução ótima.
PALAVRA CHAVE: Planejamento de expansão do sistema de transmissão. Restrições de
segurança. Algoritmo híbrido. Algoritmo busca tabu especializado. Algoritmo genético.
Algoritmo heurístico construtivo.
Abstract
Transmission system plays an undeniable role to avoid load shedding, black out, etc. by
supplying the power to all type of consumers under critical circumstances. A transmission
network expansion planning (TNEP) enables a network to transmit enough generated power
to load centers at a specified times to satisfy the increased electric power demand. In TNEP
problem, in addition to satisfying all the technical constraints, an economic plan is demanded.
The expansion of transmission network is one of the initiatives, in which the necessary
decisions are made and planned at the national level to absorb significant financial resources.
Therefore, planning for an optimal expansion project with the least cost and highest reliability
is a crucial task. From the viewpoint of the structure of power systems, it can be stated that
TNEP is analyzed in both regulated and deregulated environments. The main objective of
TNEP in a regulated environment is to meet the load demand at the least cost while the
reliability criterion is taken into account. On the other hand, in restructured power systems,
the transmission expansion is primarily intended to create a competitive environment without
any discrimination to access to the transmission network. This can perfectly ensure
competitive markets. In general TNEP problem in regulated environments is a non-linear
mixed integer programming problem, which subjects with some difficulties, such as the time-
consuming nature of the problem as well as the need for a non-convex optimization
technique. In addition, due to the complicacy of the combinatorial optimization problems and
also, since there exist many local minima for this problem, it is considered as a time-
consuming problem. Moreover, since the conventional mathematical programming methods
do not necessarily work very satisfactorily, therefore, various meta-heuristic optimization
techniques have been examined for this problem. However, the scope and possibility of
having even better algorithms is still indefinite. In this thesis, in order to attempt to solve
these problems in algorithms, a hybrid algorithm has been presented in order to solve the
TNEP problem considering security constraints. The proposed methodology is principally
based on the tabu search and the genetic algorithm. In addition, the mentioned hybrid
algorithm has incorporated some improved strategies in order to decrease the number of
neighbors and consequently, the number of linear programming problems that should be
solved iteratively to find the final solution.
KEYWORDS: Transmission expansion planning. Security constraints. Hybrid algorithm.
Special tabu search. Genetic algorithm. Constructive heuristic algorithm.