[en] A ROBUST OPTIMIZATION APPROACH FOR THE NETWORK-CONSTRAINED UNIT COMMITMENT PROBLEM WITH N-K SECURITY CRITERION

[pt] INTRODUÇÃO DO CRITÉRIO DE SEGURANÇA N-K NO PLANEJAMENTO DE SISTEMAS ELÉTRICOS

[pt] ALEXANDRE MOREIRA DA SILVA

[pt] PLANEJAMENTO

[pt] OTIMIZACAO ROBUSTA

[pt] CRITERIO DE SEGURANCA N-K

[pt] SISTEMA DE POTENCIA

[en] PLANNING

[en] ROBUST OPTIMIZATION

[en] N-K SECURITY CRITERION

[en] POWER SYSTEM

[pt] No intuito de obter um planejamento da operação de sistemas elétricos robusto à possibilidade de falhas (contingências), diferentes abordagens e modelos foram propostos de maneira a determinar um despacho das usinas capaz de garantir que o sistema sobreviva (i. e., a demanda seja atendida) mesmo que um ou dois componentes falhem. Para tanto, os critérios de segurança conhecidos como n-1 e n-2 são adotados em diversos sistemas elétricos do mundo como uma maneira eficiente e prática de mitigar o corte de carga na ocorrência de contingências. Todavia, esses critérios passaram a ser questionados devido a recentes apagões (cortes de carga) acarretados por falhas simultâneas de diferentes componentes do sistema. Diferentemente do que se costuma veicular, contingências múltiplas são mais comuns e perigosas do as falhas naturais independentes. Isso porque a estabilidade da dinâmica de sistemas de potência é algo bastante complexo. Além disso, o sistema de proteção opera de maneira paralela ao sistema de abastecimento e também não está livre de falhas. Assim sendo, falhas naturais podem causar contingências subsequentes (dependentes de contingências anteriores) devido ao mau funcionamento da proteção ou da instabilidade provocada no sistema. Tais fatos impulsionam a pesquisa de critérios de segurança mais rigorosos como, por exemplo, o n-K, onde K pode ser superior a dois. A complexidade computacional e o tamanho (número de restrições e variáveis) dos modelos de otimização tradicionalmente utilizados para considerar o critério n-K em problemas de planejamento da operação é bastante elevada e extremamente dependente do parâmetro K. Para K igual a 2, ainda é possível resolver tais modelos ao considerarmos sistemas realistas, com poucas centenas de centrais geradoras. Contudo, para K maior que 2, esses modelos tornam-se computacionalmente intratáveis devido a um crescimento exponencial do número de restrições e variáveis do modelo de otimização. Isso ocorre em função da necessidade de se enumerar todas as possíveis contingências, combinação de n elementos K a K, no modelo matemático de despacho. Estudamos, neste trabalho, uma nova abordagem para o problema de planejamento da operação de sistemas elétricos capaz de incorporar o critério de segurança n-K, onde K pode ser superior a 2. Primeiramente, modelamos o problema empregando uma técnica de modelagem matemática denominada Otimização Robusta. Isso nos permite não enumerar todas as possíveis contingências, mas sim selecionar a pior dentre todas de maneira endógena ao modelo. Tal técnica já foi aplicada com sucesso, desconsiderando a rede de transmissão. Levar em conta a rede, bem como a possibilidade de contingências em suas linhas de transmissão, inviabiliza a abordagem já empregada. Sendo assim nossa pesquisa busca resolver um problema ainda em aberto.

[en] In order to make an electrical system operation planning robust to the possibility of failures (contingencies), different models and approaches have been proposed to determine a dispatch of generators capable of ensuring the system - survival (i.e., capable of meeting the demand) even if one or two components fail. To this end, the safety criteria known as n-1 and n-2 are adopted worldwide in various electrical systems as an efficient and practical way of mitigating load shed in the event of contingencies. However, these criteria started to be questioned due to recent blackouts brought about by simultaneous failures of different system components. Unlike what is usually said, multiple contingencies are more common and dangerous than natural independent faults. The main reason for this lies in the complexity of the dynamic stability of power systems. In addition, the protection system, that operates in parallel to the supply system, is not free of failures. Thus, natural faults can cause subsequent contingencies (dependent on earlier contingencies) due to the malfunction of the protection mechanisms or the instability of the overall system. These facts drive the search for more stringent safety criteria, for example, n-K, where K can be greater than two. The computational complexity and the size (number of constraints and variables) of the optimization models traditionally used to consider the criterion n-K in operation planning problems is very high and extremely dependent on the parameter K. For K equal 2, it is still possible to solve such models when considering real systems, with a few hundred power plants. However, for K more than 2, these models become computationally intractable because of the exponential growth in the number of constraints and variables of the optimization model. This is due to the need of enumerating all the possible contingencies in the mathematical dispatch model. In the present work, we study a new approach to the electrical system operation planning problem capable of incorporating the safety criterion n-K, where K can be greater than 2. First, we formulated the problem using a mathematical modeling technique called Robust Optimization. This allows us to select the worst case of contingency, which let us to avoid enumerating all the possible contingencies. Such technique has been successfully applied disregarding the transmission network. This approach becomes unfeasible when we take into account the network, as well as the possibility of contingencies in its transmission lines. Thus our research seeks to solve an open problem.

ALEXANDRE STREET DE AGUIAR

2011-12-05

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PORTUGUÊS

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.18768