Optimal allocation and operation of energy storage devices in distribution systems considering lifetime characteristics of batteries

Orientadores: Carlos Alberto de Castro Junior, Marina Lavorato de OliveiraDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: O armazenamento de energia elétrica é uma questão em pauta há muitos anos e que até o presente momento não foi totalmente resolvida, sobretudo sob a perspectiva econômica. Apesar do alto custo, é importante para as empresas distribuidoras de energia elétrica conhecer políticas de operação desses dispositivos de modo a utilizar essa tecnologia de maneira mais eficaz. Os dispositivos de armazenamento de energia representam importantes elementos para auxiliar na operação de sistemas de distribuição de energia elétrica. Considerando a presença de fontes de energia renováveis, o uso destes dispositivos proporciona serviços auxiliares e aumenta a eficiência e flexibilidade do sistema. Este trabalho apresenta a implementação de um modelo matemático de programação cônica de segunda ordem inteira mista com o objetivo de resolver o problema de alocação e operação ótima de dispositivos de armazenamento de energia em sistemas de distribuição de energia elétrica. O modelo utilizado determina a localização do dispositivo no sistema bem como seu ciclo ótimo de operação. Adicionalmente a solução determina o chaveamento dos bancos de capacitores presentes no sistema. Utilizando ferramentas de otimização clássica existentes, o uso do modelo cônico garante a convergência e otimalidade do ponto de operação encontrado. Para avaliar o modelo matemático proposto são utilizados os sistemas teste de 11 e 42 barras. O modelo matemático de programação foi escrito na linguagem AMPL. O problema foi resolvido usando o "solver" comercial de otimização CPLEXAbstract: The use of electrical energy storage devices has been under study for many years and up until now the problem has not been fully solved, especially from the economic outlook. Despite the high cost, it is important to the power distribution utilities to understand the operating features of these devices so as to use them more effectively. The introduction of energy storage devices is an important element to assist the operation of electricity distribution systems. The presence of renewable energy sources may provide ancillary services and increases the system efficiency and flexibility. This work presents the implementation of a mixed integer second order cone programming in order to solve the problem of allocation and optimal operation of energy storage devices for radial distribution networks. The model provides an optimal loading and discharging cycle of the devices in order to minimize operational system costs considering also the preservation and shelf life of these devices. Using existing classical optimization tools, the use of the conical model ensures convergence and optimality of the operating point. To evaluate the mathematical model, tests systems with 11 and 42 buses are used. The mathematical model was written in the language AMPL. The problem was solved using the commercial optimization solver CPLEXMestradoEnergia EletricaMestre em Engenharia ElétricaCAPE