Optimal Planning of Secondary Power Distribution Systems Considering Renewable and Storage Sources: An Energy Management Approach
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This study focuses on the optimal planning of secondary power distribution systems considering distributed renewable generators (DG) and energy storage systems (ESS) to minimize expansion costs. The methodology solves a mixed integer non-linear mathematical model that describes the planning problem, including the operating and technical aspects of the secondary power distribution system. Such methodology uses an iterated local search algorithm and a two-stage load flow decomposition method to solve said problem. The two-stage load flow decomposition method finds the optimal operation of the storage devices and the low-voltage distribution system for each solution proposed by the iterated local search algorithm; thus, optimal energy management is achieved for the best solution. The proposed methodology was tested on a real medium-sized secondary power distribution system to establish its effectiveness. The results obtained show a reduction of 51.97 % in the total energy purchase cost of the system and a decrease of 3.02 % in the installation costs of the secondary circuits and distribution transformers when DG and ESS are considered. In conclusion, the results show that the integration of these distributed energy resources into the distribution system planning problem increases the profits of distribution companies from energy purchase and sale and reduces their fixed costs.
Esta investigación se centró en la planificación óptima de los sistemas de distribución secundaria teniendo en cuenta los generadores renovables distribuidos (DG) y los sistemas de almacenamiento de energía (ESS) para minimizar los costos de expansión del proyecto. La metodología resuelve un modelo matemático no lineal entero mixto que describe el problema de planificación, incluyendo los aspectos operativos y técnicos del sistema de distribución secundario. Esta metodología utiliza un algoritmo de búsqueda local iterada y un flujo de carga de descomposición en dos etapas para resolver el problema. El flujo de carga de descomposición en dos etapas encuentra el funcionamiento óptimo de los dispositivos de almacenamiento y del sistema de distribución de baja tensión para cada solución propuesta por el algoritmo de búsqueda local iterada; así, se consigue una gestión óptima de la energía para la mejor solución. La metodología propuesta se probó en un sistema de distribución de dimensiones reales para verificar su efectividad. Los resultados obtenidos mostraron una reducción del 51.97 % en el coste total de compra de energía del sistema, y una disminución del 3.02 % en los de instalación de los circuitos secundarios y transformadores de distribución cuando se consideran los DG y los ESS. En conclusión, los resultados evidencian que la integración de estos recursos energéticos distribuidos en el problema de planificación de los sistemas de distribución aumenta los beneficios de las empresas de distribución por la compra y venta de energía, además de reducir sus costos fijos.
Esta investigación se centró en la planificación óptima de los sistemas de distribución secundaria teniendo en cuenta los generadores renovables distribuidos (DG) y los sistemas de almacenamiento de energía (ESS) para minimizar los costos de expansión del proyecto. La metodología resuelve un modelo matemático no lineal entero mixto que describe el problema de planificación, incluyendo los aspectos operativos y técnicos del sistema de distribución secundario. Esta metodología utiliza un algoritmo de búsqueda local iterada y un flujo de carga de descomposición en dos etapas para resolver el problema. El flujo de carga de descomposición en dos etapas encuentra el funcionamiento óptimo de los dispositivos de almacenamiento y del sistema de distribución de baja tensión para cada solución propuesta por el algoritmo de búsqueda local iterada; así, se consigue una gestión óptima de la energía para la mejor solución. La metodología propuesta se probó en un sistema de distribución de dimensiones reales para verificar su efectividad. Los resultados obtenidos mostraron una reducción del 51.97 % en el coste total de compra de energía del sistema, y una disminución del 3.02 % en los de instalación de los circuitos secundarios y transformadores de distribución cuando se consideran los DG y los ESS. En conclusión, los resultados evidencian que la integración de estos recursos energéticos distribuidos en el problema de planificación de los sistemas de distribución aumenta los beneficios de las empresas de distribución por la compra y venta de energía, además de reducir sus costos fijos.