Development of methods and algorithms for evaluation and optimization of the reliability in networks distribution

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorThe distribution system is an extremely important part of the energy supply. At the same time, distribution networks, most of them with radial configuration, are much more vulnerable elements compared with transmission and sub transmission systems. The world experience shows that up to 80% of all interruptions in the energy supply are caused by failure in elements of the distribution systems. Naturally, a significant increase in reliability can be obtained through re-structuring of the distribution networks. This involves transformation of the traditional overhead networks into protected compact networks, duplication of energy supply alternatives for the consumers, duplication of the distribution transformers and wide use of network automation. All these alternatives demand massive investments. Another way of reliability improvement is related with the installation of commutation equipments. However, this solution should foresee a composition choice of types of equipment, the necessary amount and strategic location that all together can guarantee better results under the costbenefit point of view. The importance and efficiency of these solutions are confirmed through a large number of related researches accomplished in several countries. However, optimal installation of commutation equipments is an extremely complex problem. In the first place, it is necessary to define what means optimal degree of reliability, which is linked with the analysis of several possible formulations for the reliability optimization problem. In the second place, it is necessary to find out which characteristics can be used for reliability estimation and in what ways they should be implemented in the objective functions and restrictions along the process of reliability optimization. In the third place, through analysis of the available data existing in the electricity company, it is necessary to define if this information is sufficient for solution of the network optimal sectioning problem and what is the uncertainty level of this information. Finally, it should be chosen appropriate optimization methods, considering that researches show the impossibility of an efficient use of the linear and non linear programming methods taking into account characteristics of objective functions and restrictions. Furthermore, it is necessary not to forget that, most of the time, this problem should be solved in networks that already have commutation equipment installed. Therefore, usually, the optimization problem is addressed to redistribution of equipments already installed or the installation of additional equipments. This work is an attempt to find answers with respect to all these previously mentioned items, taking into account the operational conditions of the Brazilian electricity companies.O sistema de distribuição é parte extremamente importante do fornecimento de energia. Ao mesmo tempo, as redes de distribuição, na maioria das vezes com configuração radial, são os elementos mais vulneráveis comparado com o sistema de transmissão e sub transmissão. A experiência mundial mostra que até 80% de todas as interrupções no fornecimento de energia são provocados por falhas nos elementos dos sistemas de distribuição. Naturalmente, que um aumento significativo na confiabilidade pode ser atingido através da reestruturação das redes de distribuição. Isto envolve as transformações das redes aéreas tradicionais para redes compactas protegidas, ou a duplicação das alternativas de suprimento de energia para os consumidores, através da instalação de dois transformadores de distribuição ou automatização completa das redes. Todas estas alternativas exigem investimento muito elevado. Outro meio de aumento da confiabilidade está relacionado com a instalação de equipamentos de comutação. Entretanto, esta solução deve prever a escolha da composição ótima de vários tipos de equipamentos, quantidade necessária e localização estratégica, que em conjunto podem garantir maior efeito sob o ponto de vista do custo-benefício. A importância e eficiência destas soluções estão confirmadas através do grande número de pesquisas realizadas em vários países. Entretanto este problema é extremamente complexo. Em primeiro lugar, é necessário definir o que significa nível ótimo de confiabilidade, o que está ligado com a análise das várias formulações possíveis do problema de otimização da confiabilidade. Em segundo lugar, é necessário encontrar quais características podem servir para a estimação da confiabilidade e de que forma elas devem ser implementadas na função objetivo e restrição no processo de otimização da confiabilidade. Em terceiro lugar, através da análise dos dados disponíveis na concessionária é preciso definir se a informação é suficiente para a solução do chaveamento ótimo e qual o nível de incerteza desta informação. E, por último, devem ser escolhidos os métodos adequados de otimização, considerando que as pesquisas mostram a impossibilidade do uso eficiente de métodos de programação linear e não linear, levando em conta as características da função objetivo e restrições do problema em análise. Além disso, é necessário não esquecer que na maioria das vezes este problema deve ser resolvido em redes que já possuem equipamentos de comutação instalados. Por isso, geralmente, o problema de otimização está direcionado para a redistribuição dos equipamentos já instalados ou a instalação de equipamentos adicionais. Neste trabalho é realizada a tentativa de encontrar as respostas em relação a todos os itens mencionados anteriormente, com base nas condições de operação das concessionárias brasileiras