Resumen de Flujo de Potencia Óptimo de Ramas para Redes DC con Estructura Radial: Una Relajación Cónica

Oscar Danilo Montoya Giraldo, Andrés Arias Londoño, Alexander Molina Cabrera

• español

  Resumen Objetivo: Este trabajo plantea una reformulación matemática de naturaleza convexa para el problema de flujo de potencia óptimo en redes de corriente continua (DC). El objetivo del modelo de optimización propuesto corresponde a la minimización de las pérdidas de potencia en todas las ramas de la red considerando un modelo cónico convexo que garantice el hallazgo de la solución óptima global.

  Metodología: Está dividida en tres etapas: la primera presenta el modelo matemático de flujo de potencia óptimo para redes DC y todas sus características geométricas que lo hacen no convexo; la segunda presenta la reformulación convexa a partir de una relajación cónica de segundo orden; la tercera etapa presenta las principales características del sistema DC bajo estudio; mientras que la cuarta etapa presenta la solución óptima del problema de flujo de potencia y sus comparaciones con algunos métodos reportados en la literatura especializada.

  Resultados: Las validaciones numéricas demuestran que el modelo de flujo de potencia óptimo convexo propuesto encuentra la misma solución el modelo exacto del problema y tiene una eficiencia del 100%, lo cual contrasta con la variabilidad de resultados que presentan las técnicas metaheurísticas reportadas como métodos de comparación.

  Conclusiones: La relajación cónica de segundo orden propuesta garantizó la convexidad del espacio de soluciones, y, por tanto, el hallazgo de la solución óptima en cada ejecución; además, demostró que para problemas de flujo de potencia óptimo en redes DC tiene el mejor desempeño numérico que la mayoría de los métodos metaheurísticos comparativos; y la solución provista por la relajación propuesta es equivalente a la proveída por el modelo exacto.

  Palabras clave: Redes de corriente continua, relajación cónica de segundo orden, modelo de programación no lineal, optimización convexa.

• English

  Abstract Objective: This work involves a convex-based mathematical reformulation for the optimal power flow problem in DC networks. The objective of the proposed optimization model corresponds to the minimization of the power losses through all the network branches considering a convex conic model that warranties finding the global optimal.

  Methodology: This is split into three stages: The first stage presents the mathematical model of optimal power flow for DC networks and all its geometric features that make it non-convex; the second stage presents the convex reformulation from a second order conic relaxation; the third stage shows the main characteristics of the DC system under study; and the fourth stage presents the optimal solution of the power flow problem and its comparisons with some methods reported in the specialized literature.     Results: The numerical validations demonstrate that the model of proposed convex optimal power flow obtains the same solution as the exact model of the problem with an efficiency of 100%, which is in contrast with the variability of the results that are presented by the metaheuristic techniques reported as comparison methodologies.     Conclusions: The proposed second-order conic relaxation warrantied the convexity of the solution space and therefore, the finding of the optimal solution at each execution; besides of this, demonstrated that for optimal power flow problems in DC networks, the numerical performance is better than most of the comparative metaheuristic methods; and the provided solution by the proposed relaxation is equivalent to that provided by the exact model.

  Keywords: Direct current networks, second-order conic relaxation, non-linear programming model, convex optimization.