Estudo do impacto de ações independentes de consumidores com auto geração fotovoltaica na operação de sistemas de distribuição

Abstract

Devido ao crescimento em ritmo notável de pequenas unidades de geração fotovoltaicas presentes na rede de distribuição, torna-se nítido que este tipo de geração ainda possui algumas peculiaridades que desafiam as concessionárias, logo, estudos quanto ao impacto da geração FV nos sistemas de distribuição são primordiais. Muitas dessas unidades pertencem a consumidores que optam por gerar parte de seu consumo de energia através da auto geração. Portanto, neste trabalho propõe realizar um estudo do impacto de ações independentes destes consumidores com geração fotovoltaica (FV) na operação em regime permanente do sistema de distribuição, propondo a modelagem do Fluxo de Potência Ótimo (FPO) linear em dois níveis. O problema de otimização de dois níveis é definido como uma interação estratégica entre um líder e um seguidor, sendo que ambos buscam a minimização de suas próprias funções objetivo. A função objetivo do nível superior deste trabalho tem o intuito de otimizar o montante gasto pela concessionária com a compra de energia elétrica e a do nível inferior tem o intuito de minimizar o custo que o consumidor possui com a compra de energia e também com a manutenção de sua usina FV. Para obter a solução do problema de otimização em dois níveis usa-se uma metodologia dividida em duas etapas. A primeira resume-se em derivar as condições de Karush-Kuhn-Tucker do problema de nível inferior, representá-las com auxílio de variáveis binárias e inseri-las como novas restrições do problema de nível superior, obtendo-se assim um problema de um único nível. A segunda consiste em resolver o problema de otimização de um único nível através do método de Branch & Bound. O programa computacional é implementado na plataforma GAMS - General Algebraic Modeling System.

Abstract: Due to the remarkable growth of small photovoltaic (PV) plants connected to the distribution network, it is noteworthy that this type of generation still has some peculiarities that challenge the utilities, so studies on the impact of PV generation on distribution systems are paramount. Many of these PV units are owned by consumers that choose to supply part of their energy consumption through self-generation. Therefore, this paper proposes to study of the impact of independent actions of such consumers in the steady-state operation of the distribution system, proposing that system operation be represented by a linear bilevel optimal power flow (OPF) model. The two-level optimization model represents the interaction between the leader ? the distribution company-, and followers ? consumers with self-generation, both seeking to minimize their own objective functions. The objective function of the upper level problem is to minimize the cost of energy acquired by the distribution company, whereas the objective of the lower level problems is to minimize the consumer expenditures associated with power purchase and operation and maintenance of its PV unit. The methodology used to obtain the solution to the bilevel problem is divided into two steps. The first step is to derive the Karush-Kuhn-Tucker conditions of the lower-level problem associated with each consumer, represent these constraints via binary variables and insert them as new constraints in the higher-level problem, thus obtaining a single-level problem. The second step is to solve the single level problem using the Branch & Bound method. The model is implemented in the General Algebraic Modeling System (GAMS) platform.