Planejamento da expansão de sistemas de distribuição de energia elétrica considerando a aplicação do índice de aproveitamento de subestações

Abstract

O aumento constante da demanda por energia elétrica e o compromisso de fornecê-la com qualidade exigem das concessionárias de energia elétrica um planejamento assertivo da expansão dos seus sistemas de distribuição. Dessa forma, o Planejamento da Expansão dos Sistemas de Distribuição de Energia Elétrica (PSDEE) pode ser entendido como um conjunto de ações que têm a responsabilidade de assegurar o fornecimento de energia elétrica para o crescimento projetado pelo setor. No geral, as soluções para o problema de PSDEE buscam determinar a construção de circuitos e de subestações, respeitando as restrições físicas, operacionais e financeiras envolvidas nesse processo. Do ponto de vista econômico, resolver este problema é uma tarefa importante para as distribuidoras, pois esta atividade representa uma parcela considerável de seus investimentos. Nesse contexto, determinar corretamente os momentos para se direcionar os recursos e encontrar meios para se obter a maximização do retorno financeiro são questões relevantes a serem observadas por estas empresas. Portanto, o objetivo deste trabalho é propor um modelo de Programação Cônica de Segunda Ordem Inteiro Misto (PCSOIM) para solucionar o problema de PSDEE, considerando a aplicação do Índice de Aproveitamento das Subestações (IAS) em seu conjunto de restrições. O IAS é um índice utilizado pela ANEEL, órgão regulador do setor elétrico brasileiro, para avaliar quantitativamente o aproveitamento das subestações das concessionárias de energia elétrica e garantir que os investimentos realizados por estas empresas sejam prudentes e, consequentemente, remunerados de forma correta através da tarifa de energia cobrada dos consumidores. O modelo matemático considera como função objetivo a minimização dos custos de construção de subestações e circuitos mais os custos de operação da subestação e perdas de energia elétrica, sujeito a restrições de balanço de potências ativa e reativa, limites de operação dos circuitos e subestações, limite mínimo de IAS, considerando ainda a condição de radialidade do sistema. Para validar o modelo, dois sistemas disponíveis na literatura especializada foram testados, um sistema de 24 e outro de 54 barras. Os testes foram realizados considerando o limite mínimo de IAS e com o relaxamento desta restrição.

The constant increase in the demand for electric energy and the commitment to supply this energy with quality require an assertive planning of the expansion of their distribution systems from the electric energy utilities. Thus, the Expansion Planning of Power Distribution Systems (PSDEE) can be understood as a set of actions that have the responsibility to ensure the supply of electric energy for the growth projected by the sector. In general, the solutions to the problem of PSDEE seek to determine the construction of circuits and substations, respecting the restrictions physical, operational, and financial involved in that process. From an economic point of view, solve this problem is an assignment important for the utilities, because this activity represents a portion considerable of their investments. In this context, to correctly determine the moments for target the resources and find ways to obtain the maximization of return financial are questions relevant to be observed by these utilities. Therefore, the purpose of this work and propose a Mixed Integer Second Order Cone Programming (MISOCP) model to solve the problem of PSDEE, considering the Substation Utilization Index (IAS) application in your set of restrictions. The IAS it's an index used by ANEEL, organ regulator of electrical sector Brazilian, for to assess quantitatively the utilization substations of utilities power electrical and ensure that investments performed by these companies be prudent and, consequently remunerated from correct way through the tariff power charged from consumers. The mathematical model considers how objective function minimization of the costs of construction of substations and circuits plus the costs of operation of substation and electrical energy losses, subject to balance of active and reactive powers constraints, limits of circuits and substations operation, lower limit of IAS, considering still the radiality condition of the system. To validate the model, two systems available in the specialized literature have been tested, a system with 24 and another with 54 nodes. The tests were performed considering the minimum limit of IAS and with the relaxation of this constraint.