Técnicas de Optimización Aplicadas a la Supervisión de Límites de Operación y a la ...

204 Pages·2010·2.7 MB·English

UNIVERSIDAD DE SEVILLA
Departamento de Ingenier(cid:19)(cid:16)a El(cid:19)ectrica
Te(cid:19)cnicas de Optimizacio(cid:19)n Aplicadas a
la Supervisio(cid:19)n de L(cid:19)(cid:16)mites de Operacio(cid:19)n y a
la Determinacio(cid:19)n de Actuaciones Preventivas
en Sistemas Ele(cid:19)ctricos de Potencia
TESIS DOCTORAL
por
Alejandro Marano Marcolini
Ingeniero Industrial por la Escuela T´ecnica Superior
de Ingenieros Industriales de M´alaga
Director: Dr. Jos(cid:19)e Luis Mart(cid:19)(cid:16)nez Ramos
Sevilla, 2010

UNIVERSIDAD DE SEVILLA
Departamento de Ingenier(cid:19)(cid:16)a El(cid:19)ectrica
Te(cid:19)cnicas de Optimizacio(cid:19)n Aplicadas a
la Supervisio(cid:19)n de L(cid:19)(cid:16)mites de Operacio(cid:19)n y a
la Determinacio(cid:19)n de Actuaciones Preventivas
en Sistemas Ele(cid:19)ctricos de Potencia
TESIS DOCTORAL
Autor: Alejandro Marano Marcolini
Director: Dr. D. Jos(cid:19)e Luis Mart(cid:19)(cid:16)nez Ramos
TRIBUNAL CALIFICADOR
Presidente: Dr. Antonio G(cid:19)omez Exp(cid:19)osito
Secretario: Dr. Jos(cid:19)e A. Aguado S(cid:19)anchez
Vocales: Dr. Luis Rouco Rodr(cid:19)(cid:16)guez
Dra. Esther Romero Ramos
Dr. Florin Capitanescu
Obtuvo la calificaci´on de Sobresaliente “Cum Laude” por unanimidad y la menci´on de
Doctorado Europeo
Sevilla, 26 de mayo de 2010

A mis padres
A mis hermanos Pablo y Carla
A mi querida nonna

Agradecimientos
Son muchas las personas a quienes debo agradecer por el apoyo y el ´animo que me
han dado a lo largo de estos an˜os. En primer lugar debo agradecer al Profesor Jos´e Luis
Mart´ınez Ramos, por su buena labor de direcci´on, pero sobre todo por lo que me ha
ensen˜ado durante este trabajo, sus buenos consejos, paciencia y su amistad.
Al Ministerio de Educaci´on y Ciencia por concederme una beca FPI que me permi-
ti´o realizar estos estudios.
A los compan˜eros del Departamento de Ingenier´ıa El´ectrica, por prestarme su ayuda
y colaboraci´on siempre que lo he necesitado, en especial a mis compan˜eros Juan Manuel
Mauricio y Sergio Ceballos, porque con ellos di mis primeros pasos en la Universidad y
en la ciudad de Sevilla.
AlosprofesoresClaudioCan˜izaresdelaUniversidaddeWaterloo(Canad´a)yAlberto
Berizzi del Polit´ecnico de Mil´an (Italia) por brindarme la posibilidad de estudiar con sus
respectivos grupos de investigaci´on.
A mis amigos de M´alaga, porque gracias a ellos los estudios de ingenier´ıa industrial
se hicieron m´as f´aciles y amenos.
A mis familias argentina e italiana, su inestimable carin˜o es la energ´ıa que permite la
consecuci´on de cualquier logro.
Y especialmente a mis padres y hermanos, porque siempre me han brindado todo su
apoyo y comprensi´on. Sin ellos no hubiera sido posible llegar hasta aqu´ı.

Abstract
This thesis addresses the voltage control/reactive power problems that arise in oper-
ating a Power System (PS).
The PS is influenced by a large number of variables that can be separated into active
power and reactive power variables.
The limits on these variables together with the limits imposed by the equations em-
ployed to model system behaviour define the feasible area for PS operation.
Thevariableswhicharenotundertheoperator’sdirectcontrolinrealtimeareconsid-
eredtobeparameters.Thisisthecaseinelectricitydemandandactivepowerproduction
in generating plants. Decision variables are those whose set-points are under the opera-
tor’s control in real time.
It is on this basis that one may study the effect that the various limits that can occur
in a PS have on its security during real-time operation. In particular, the operational
limits and physical boundaries are considered. The latter, SNB or LIB, are of particular
interest, as they are critical for system operation. When one or the other is reached, a
voltage collapse may occur, resulting in a partial or total blackout. For these reasons,
constant monitoring is required to ensure that the system is operating at values as far
from the limits as possible.
Different techniques used to study the voltage stability of a system are depicted.
Special attention is given to sensitivity analysis. The system limits can be detected using
the sensitivities obtained from the power flow equations as indicators. Next, two different
tools for computing sensitivities are discussed: continuation techniques and direct or
optimization techniques. Using those techniques the limits that reach the system during
its evolution can also be detected.
The most common technique employed to find the variables that improve the load-
abilitymarginofthesystemisbasedonaVoltageSecurityConstrainedOPF(VSCOPF).
A brief overview of the most appropriate resolution techniques for nonlinear program-
ming problems is provided. One of the major short-comings of VSCOPF is the difficulty
it encounters in resolution of large-scale systems, which leads operators to avoid using it
vii
viii
in real time.
Inthisthesis,acompendiumofusefultechniquesemployedtodevelopanewmethod-
ology aimed at increasing PS loadability is presented. These techniques are based on the
sensitivities of the load flow equations computed for different system states.
Finally, the results obtained by using the proposed methodology over the IEEE 14,
24 and 118 bus systems are graphically represented and discussed.