Optimización Multi-Objetivo para la Distribución Económica y Ambiental en Redes de Corriente Continua: Una Reformulación Convexa a través de una Aproximación Cónica
Autores: Bernal-Carvajal, Nestor Julian; Mora-Peña, Carlos Arturo; Montoya, Oscar Danilo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Optimización Multi-Objetivo para la Distribución Económica y Ambiental en Redes de Corriente Continua: Una Reformulación Convexa a través de una Aproximación Cónica
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Despacho económico
Ambiental
Redes de corriente continua
Generación fotovoltaica
Optimización multiobjetivo
Metodología basada en SOCP
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 18
Citaciones: Sin citaciones
Este documento aborda el problema de despacho económico-ambiental (EED) en redes de energía de corriente continua (DC) que integran generación termoeléctrica y fotovoltaica. Se desarrolla un modelo de optimización multiobjetivo para minimizar tanto los costos de combustible como las emisiones de CO, considerando el balance de potencia, las restricciones de voltaje, los límites de generación y las capacidades térmicas de las líneas. Para superar la no convexidad introducida por los productos cuadráticos de voltaje en las ecuaciones de flujo de potencia, se propone una reformulación convexa utilizando programación de conos de segundo orden (SOCP) con variables auxiliares. Esta reformulación garantiza la optimalidad global y mejora la eficiencia computacional. Se utilizan dos sistemas de prueba para la validación: una red DC de 6 nodos y una red de 11 nodos que incorpora generación fotovoltaica horaria. Los análisis comparativos muestran que el modelo convexo logra valores objetivos con errores por debajo del 0.01% en comparación con la formulación no convexa original. Para el sistema de 11 nodos, la integración de la generación fotovoltaica condujo a una reducción del 24.34% en los costos operativos (de 10.45 millones de USD a 7.91 millones de USD) y una disminución del 27.27% en las emisiones de CO (de 9.14 millones de kg a 6.64 millones de kg) durante un período de 24 horas. Estos resultados confirman la efectividad de la metodología propuesta basada en SOCP y demuestran los beneficios ambientales y económicos de la integración de energías renovables en redes DC.
Descripción
Este documento aborda el problema de despacho económico-ambiental (EED) en redes de energía de corriente continua (DC) que integran generación termoeléctrica y fotovoltaica. Se desarrolla un modelo de optimización multiobjetivo para minimizar tanto los costos de combustible como las emisiones de CO, considerando el balance de potencia, las restricciones de voltaje, los límites de generación y las capacidades térmicas de las líneas. Para superar la no convexidad introducida por los productos cuadráticos de voltaje en las ecuaciones de flujo de potencia, se propone una reformulación convexa utilizando programación de conos de segundo orden (SOCP) con variables auxiliares. Esta reformulación garantiza la optimalidad global y mejora la eficiencia computacional. Se utilizan dos sistemas de prueba para la validación: una red DC de 6 nodos y una red de 11 nodos que incorpora generación fotovoltaica horaria. Los análisis comparativos muestran que el modelo convexo logra valores objetivos con errores por debajo del 0.01% en comparación con la formulación no convexa original. Para el sistema de 11 nodos, la integración de la generación fotovoltaica condujo a una reducción del 24.34% en los costos operativos (de 10.45 millones de USD a 7.91 millones de USD) y una disminución del 27.27% en las emisiones de CO (de 9.14 millones de kg a 6.64 millones de kg) durante un período de 24 horas. Estos resultados confirman la efectividad de la metodología propuesta basada en SOCP y demuestran los beneficios ambientales y económicos de la integración de energías renovables en redes DC.