Metodología para la ubicación óptima de TCSC considerando criterios de seguridad utilizando programación lineal entera mixta

Abstract

La presente tesis propone una metodología para ubicar de manera óptima equipos de control TCSC (Thyristor Controlled Series Compensation) en líneas de transmisión, es decir mediante la metodología propuesta se pretende responder en donde y cuántos equipos de control TCSC deben instalarse en un sistema de potencia considerando criterios de seguridad (condición N y N-1). El objetivo que se busca al ubicar TCSC es minimizar los costos de operación, inversión y de racionamiento de carga, además de agregar flexibilidad al sistema de potencia, cuando uno o más componentes del sistema se encuentren fuera de servicio, desde un enfoque de mantenimiento o falla. La metodología consiste de tres etapas, la primera consiste en realizar un análisis de sensibilidad para determinar las líneas candidatas para ubicar un TCSC y además seleccionar las contingencias que generan un mayor impacto al sistema, la segunda, consiste en resolver el modelo de optimización para la ubicación de TCSC, y la tercera, consiste en realizar un análisis o procesamiento de los resultados obtenidos de la optimización para determinar si es conveniente la implementación de un TCSC o simplemente la implementación de un capacitor serie fijo (CSF). El modelo de optimización está basado en las ecuaciones del flujo de potencia óptimo considerando un modelo linealizado y se resolvió utilizando técnicas de optimización clásica como la programación lineal entera mixta. Otro aporte adicional, es la capacidad del modelo de ubicar equipos de control TCSC en capacitores series fijos (CSF) existentes en el sistema. El enfoque de la metodología se da desde un punto de vista de planificación operativa determinística de corto plazo, es decir la demanda está previamente definida (no se considera incertidumbres). La metodología se validó en un sistema de prueba de 4 barras, posteriormente se aplicó al sistema de prueba de 118 barras de la IEEE y al Sistema Eléctrico Interconectado Nacional (SEIN) para el año 2025. La implementación de la metodología se desarrolló utilizando el lenguaje de programación PYTHON y la optimización se resolvió mediante el optimizador CPLEX.

This thesis proposes a methodology to optimally locate TCSC (Thyristor Controlled Series Compensation) control equipment in transmission lines, that is, through the proposed methodology it is intended to answer where and how many TCSC control equipment should be installed in a power system. considering safety criteria (condition N and N-1). The objective sought when locating TCSC is to minimize the costs of operation, investment and load rationing, in addition to adding flexibility to the power system, when one or more components of the system are out of service, from a maintenance or maintenance approach. failure. The methodology consists of three stages, the first consists of performing a sensitivity analysis to determine the candidate lines to locate a TCSC and also select the contingencies that generate a greater impact on the system, the second consists of solving the optimization model for the location of TCSC, and the third, consists of carrying out an analysis or processing of the results obtained from the optimization to determine if the implementation of a TCSC or simply the implementation of a fixed series capacitor (CSF) is convenient. The optimization model is based on the optimal power flow equations considering a linearized model and was solved using classical optimization techniques such as mixed integer linear programming. Another additional contribution is the ability of the model to locate TCSC control equipment in fixed series capacitors (CSF) existing in the system. The approach of the methodology is given from a short-term deterministic operational planning point of view, that is, the demand is previously defined (uncertainties are not considered). The methodology was validated in a 4-bar test system, later it was applied to an IEEE 118-bar test system and to the National Interconnected Electric System (SEIN) for the year 2025. The implementation of the methodology was developed using the PYTHON programming language and the optimization was solved using the CPLEX optimizer.