Reubicación óptima de transformadores de · PDF fileReubicación...

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  • Ingeniera y CienciaISSN:1794-9165ISSN-e: 2256-4314ing. cienc., vol 10, no19, pp. 7797, enero-junio. 2014.http://www.eafit.edu.co/ingcienciaThis a open-access article distributed under the terms of the Creative Commons AttributionLicense.

    Reubicacin ptima de transformadores dedistribucin usando el algoritmo

    multiobjetivo de optimizacin NSGA II

    Rubn Ivn Bolaos1, Ricardo Alberto Hincapi Isaza2yRamn Alfonso Gallego Rendn3

    Recepcin: 04-16-2013, Aceptacin: 12-12-2013Disponible en lnea: 30-01-2014

    MSC: 90Cxx, 90C29

    ResumenEn este artculo se presenta una metodologa para la reubicacin ptimade transformadores en sistemas de distribucin. El problema es formuladocomo un modelo de optimizacin multiobjetivo de tipo no lineal entero, enel cual se consideran costos de inversin y operacin, y el beneficio obtenidopor concepto de activos reconocidos por cargos por uso segn lo estipuladoen la Resolucin CREG 097 de 2008. El modelo es resuelto mediante elalgoritmo de optimizacin multiobjetivo NSGA II. Para verificar la validezde la metodologa se emplea un sistema de distribucin real, pertenecientea una electrificadora en Colombia, en el cual se consideran transformado-res de distribucin monofsicos y trifsicos. Los resultados obtenidos en

    1 Estudiante de Maestra en Ingeniera Elctrica, ribolanos@utp.edu.co, UniversidadTecnolgica de Pereira, Pereira Colombia.2 Estudiante de Doctorado en Ingeniera Elctrica, ricardohincapie@utp.edu.co,docente, Universidad Tecnolgica de Pereira, Pereira Colombia.3 Doctor en Ingeniera Elctrica, ragr@utp.edu.co, docente, Universidad Tecnolgicade Pereira, Pereira Colombia.

    Universidad EAFIT 77|

    http://www.eafit.edu.co/ingciencia/mailto:ribolanos@utp.edu.comailto:ricardohincapie@utp.edu.comailto:ragr@utp.edu.co

  • Reubicacin ptima de transformadores de distribucin usando el algoritmo multiobjetivode optimizacin NSGA II

    comparacin con el caso en que no se considera la reubicacin de transfor-madores de distribucin, reflejan la importancia de esta metodologia y susbeneficios para los operadores de red, y adems sirve como herramientade soporte para el cumplimiento de las normativas establecidas por entesreguladores que definen la cargabilidad adecuada de los transformadoresde distribucin.

    Palabras clave: Algoritmo NSGA II; optimizacin multiobjetivo; reubi-cacin de transformadores de distribucin; sistemas de distribucin.

    Optimal Relocation of Distribution Transformers Using theMultiobjective Optimization Algorithm NSGA II

    AbstractThis paper presents a methodology for optimal relocation of transformersin distribution systems. The problem is formulated as an optimizationmodel of multiobjective non-linear integer type, which considers invest-ment and operating costs, and the benefit of the concept of assets to berecognized by usage charges as stipulated in Resolution CREG 097 of 2008.The model is solved using the multiobjective optimization algorithm NSGAII. To check the validity of the methodology, a real distribution systembelonging to an electric utility in Colombia is used, which takes into ac-count both single and three phase distribution transformers. The resultscompared with respect to the case without considering the relocation ofdistribution transformers, reflect the importance of this methodology andits benefits to the distribution companies, and serves as a support tool forcompliance with the standards set by regulatory bodies that define theappropriate chargeability of distribution transformers.

    Key words: NSGA II algorithm; multiobjective optimization; relocationof distribution transformers; distribution systems.

    1 Introduccin

    Los sistemas de distribucin son los encargados de suministrar la energaelctrica a los diferentes tipos de usuarios residenciales, comerciales, indus-triales y alumbrado pblico. Debido a la gran cantidad de elementos queconforman estos sistemas tales como subestaciones, transformadores, re-des primarias y secundarias, se presentan diferentes problemas operativos,entre los que se destacan las prdidas de energa.

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  • Rubn Ivn Bolaos, Ricardo Alberto Hincapi Isaza y Ramn Alfonso Gallego Rendn

    Debido a que un alto porcentaje de las prdidas tcnicas en los sistemasde distribucin se generan en los transformadores [1], las empresas distri-buidoras de energa elctrica se han trazado la tarea de buscar estrategiasque permitan disminuir el impacto sobre los sistemas, mejorar los ndicesfinancieros y al mismo tiempo evitar sanciones por parte de las entidadesreguladoras.

    El alto porcentaje de prdidas en los transformadores se debe a quela capacidad nominal es mucho mayor que la demanda que estn aten-diendo (sobredimensionamiento) o en caso contrario, la carga es muchomayor que la capacidad nominal del transformador (sobrecarga), con locual se presenta una disminucin en la eficiencia operativa de las unidadesde transformacin [1].

    Con el fin de definir los aspectos a tener en cuenta para la valoracinde cargos por uso, la Comisin Reguladora de Energa y Gas (CREG)en la Resolucin 097 de 2008, estipula la valoracin de las unidades detransformacin en el nivel de tensin 1 de acuerdo con la cargabilidadindividual. De esta manera el valor reconocido por el transformador es elreportado por el Operador de Red (OR) si este presenta una cargabilidadigual o superior al 40 %; en caso contrario el valor reconocido corresponde aun transformador con capacidad menor que cumpla con dicha cargabilidad[2].

    Para dar cumplimiento a la Resolucin descrita anteriormente y man-tener unos ndices financieros adecuados, las empresas del sector elctricohan venido implementando estrategias que permiten mantener los transfor-madores dentro de una cargabilidad adecuada por medio de la reubicacindel parque de transformadores e inclusin de nuevas unidades [3].

    Quintero en [4] propone una metodologa para la reubicacin de trans-formadores de distribucin en el nivel de tensin 1, considerando un modelomono-objetivo, en el cual se maximiza el beneficio relacionado con los car-gos por uso de los transformadores. La metodologa consiste en reubicar elparque de transformadores con el fin de mejorar la cargabilidad en cada unade las unidades de transformacin. El problema es solucionado utlizandoun algoritmo gentico bsico. Acosta et al. en [5] presentan una metodo-loga para reubicar transformadores en un sistema de distribucin, usandoel algoritmo Simulated Annealing, con el fin de mejorar la cargabilidad,

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  • Reubicacin ptima de transformadores de distribucin usando el algoritmo multiobjetivode optimizacin NSGA II

    eficiencia y por ende reducir las prdidas tcnicas del sistema. Los autoresplantean un problema de optimizacin mono-objetivo teniendo en cuentalos costos de operacin e inversin del sistema. Los resultados son validadosen un sistema de tamao real. Nuez et al. en [6] proponen una metodologapara la reubicacin ptima de transformadores para disminuir las prdidastcnicas en los sistemas de distribucin. Para describir el problema plan-tean un modelo matemtico que involucra costos de transporte, costos detransformadores nuevos, costos operativos asociados a las prdidas tcnicasy costos de instalacin y desinstalacin de los transformadores. Adicional-mente se corrige el efecto de la reubicacin sobre la coordinacin de fusiblesde proteccin en el sistema.

    Con el fin de solucionar el problema de la reubicacin ptima de trans-formadores de distribucin, en este trabajo se presenta una metodologa queemplea como tcnica de solucin un algoritmo gentico de ordenamiento nodominado (Non-Dominated Genetic Algorithm-NSGA II). El problema esformulado como un modelo de optimizacin multiobjetivo que considera dosfunciones objetivo. La funcin objetivo 1 lleva en cuenta la minimizacinde costos de operacin (prdidas de energa) y de inversin (instalacin ydesinstalacin de transformadores, transporte de transformadores y trans-formadores nuevos). La funcin objetivo 2 considera la maximizacin delbeneficio debido a los cargos por uso al realizar la reubicacin ptima delparque de transformadores segn lo estipulado en la Resolucin CREG 097de 2008. La metodologa es aplicada en un sistema de distribucin colom-biano, el cual contiene 546 transformadores entre monofsicos y trifsicos.Los resultados obtenidos en comparacin con el caso en que no se considerala reubicacin de transformadores de distribucin, reflejan la importanciade esta metodologia y sus beneficios para los operadores de red, y ademssirve como herramienta de soporte para el cumplimiento de las normativasestablecidas por entes reguladores que definen la cargabilidad adecuada delos transformadores de distribucin.

    Este artculo est dividido de la siguiente forma: en la seccin 2 se rea-liza la formulacin del problema de la reubicacin de transformadores. Enla seccin 3 se presenta la metodologa propuesta. En la seccin 4 se aplicaesta metodologa a un sistema de distribucin real y se presentan los resul-tados obtenidos. Finalmente se ilustran las conclusiones y recomendacionesderivadas de este trabajo.

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  • Rubn Ivn Bolaos, Ricardo Alberto Hincapi Isaza y Ramn Alfonso Gallego Rendn

    2 Formulacin del problema

    2.1 Problema de la reubicacin

    La CREG en 2008 estableci por medio de la Resolucin 097 la forma comose debe realizar la remuneracin a las empresas por concepto de activos detransformacin. A partir de esta resolucin se tiene en cuenta la eficien-cia de los transformadores, ya que en estudios realizados anteriormente sedemostr que si estos se encontraban sobredimensionados o sobrecargados,estaran operando en regiones de baja eficiencia, con lo cual se presentaranmayores prdidas en el ncleo y bobinados del transformador [1].

    Uno de los retos que han tenido que enfrentar las empresas del