Published June 1, 2022 | Version v1
Publication Open

Multistage reliability-based expansion planning of ac distribution networks using a mixed-integer linear programming model

Creators

  • 1. Universidad de Los Andes
  • 2. University of Castilla-La Mancha
  • 3. Universidade Estadual Paulista (Unesp)

Description

A new mathematical model for the multistage distribution network expansion planning problem considering reliability is proposed in this paper. Decisions related to substation and branch expansion are driven by the minimization of the total cost, which comprises investment and operating costs including the impact of reliability. The proposed model features two main novelties. First, a set of novel algebraic expressions is devised for a standard reliability index, namely the expected energy not supplied. As a result, the dependence of reliability on network topology is explicitly and effectively cast in the mathematical formulation of the planning problem at hand. In addition, the effect of the network is characterized by a computationally efficient piecewise linear representation of the ac power flow model that takes into account both real and reactive power. The resulting optimization problem is formulated as an instance of mixed-integer linear programming, which provides a suitable framework for the attainment of high-quality solutions with acceptable computational effort using efficient off-the-shelf software with well-known convergence properties. The effectiveness of the proposed planning methodology is empirically demonstrated by providing cheaper expansion plans that enhance system reliability and by achieving better computational results as compared with state-of-the-art models.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يُقترح في هذه الورقة نموذج رياضي جديد لمشكلة تخطيط توسيع شبكة التوزيع متعددة المراحل مع مراعاة الموثوقية. القرارات المتعلقة بتوسيع المحطات الفرعية والفروع مدفوعة بتقليل التكلفة الإجمالية، والتي تشمل تكاليف الاستثمار والتشغيل بما في ذلك تأثير الموثوقية. يتميز النموذج المقترح بجديدتين رئيسيتين. أولاً، تم تصميم مجموعة من التعبيرات الجبرية الجديدة لمؤشر الموثوقية القياسي، أي الطاقة المتوقعة التي لم يتم توفيرها. ونتيجة لذلك، فإن اعتماد الموثوقية على طوبولوجيا الشبكة يلقي بشكل صريح وفعال في الصياغة الرياضية لمشكلة التخطيط المطروحة. بالإضافة إلى ذلك، يتميز تأثير الشبكة بتمثيل خطي فعال من الناحية الحسابية لنموذج تدفق طاقة التيار المتردد الذي يأخذ في الاعتبار كل من القدرة الحقيقية والقدرة التفاعلية. تتم صياغة مشكلة التحسين الناتجة كمثال على البرمجة الخطية المختلطة، والتي توفر إطارًا مناسبًا لتحقيق حلول عالية الجودة بجهد حسابي مقبول باستخدام برامج فعالة جاهزة ذات خصائص تقارب معروفة. تتجلى فعالية منهجية التخطيط المقترحة تجريبياً من خلال توفير خطط توسع أرخص تعزز موثوقية النظام ومن خلال تحقيق نتائج حسابية أفضل مقارنة بالنماذج الحديثة.

Translated Description (French)

Un nouveau modèle mathématique pour le problème de planification de l'expansion du réseau de distribution à plusieurs étages en tenant compte de la fiabilité est proposé dans cet article. Les décisions relatives à l'expansion de la sous-station et de la succursale sont motivées par la minimisation du coût total, qui comprend les coûts d'investissement et d'exploitation, y compris l'impact de la fiabilité. Le modèle proposé présente deux nouveautés principales. Tout d'abord, un ensemble de nouvelles expressions algébriques est conçu pour un indice de fiabilité standard, à savoir l'énergie attendue non fournie. En conséquence, la dépendance de la fiabilité à la topologie du réseau est explicitement et efficacement prise en compte dans la formulation mathématique du problème de planification en question. En outre, l'effet du réseau est caractérisé par une représentation linéaire par morceaux efficace sur le plan du calcul du modèle de flux de puissance CA qui prend en compte à la fois la puissance réelle et la puissance réactive. Le problème d'optimisation qui en résulte est formulé comme une instance de programmation linéaire à nombres entiers mixtes, qui fournit un cadre approprié pour la réalisation de solutions de haute qualité avec un effort de calcul acceptable en utilisant un logiciel standard efficace avec des propriétés de convergence bien connues. L'efficacité de la méthodologie de planification proposée est démontrée empiriquement en fournissant des plans d'expansion moins coûteux qui améliorent la fiabilité du système et en obtenant de meilleurs résultats de calcul par rapport aux modèles de pointe.

Translated Description (Spanish)

En este documento se propone un nuevo modelo matemático para el problema de planificación de la expansión de la red de distribución multietapa teniendo en cuenta la fiabilidad. Las decisiones relacionadas con la expansión de la subestación y la sucursal están impulsadas por la minimización del costo total, que comprende los costos de inversión y operación, incluido el impacto de la confiabilidad. El modelo propuesto presenta dos novedades principales. En primer lugar, se diseña un conjunto de expresiones algebraicas novedosas para un índice de fiabilidad estándar, es decir, la energía esperada no suministrada. Como resultado, la dependencia de la confiabilidad de la topología de la red se refleja de manera explícita y efectiva en la formulación matemática del problema de planificación en cuestión. Además, el efecto de la red se caracteriza por una representación lineal por partes computacionalmente eficiente del modelo de flujo de potencia de CA que tiene en cuenta tanto la potencia real como la reactiva. El problema de optimización resultante se formula como una instancia de programación lineal de enteros mixtos, que proporciona un marco adecuado para el logro de soluciones de alta calidad con un esfuerzo computacional aceptable utilizando un software comercial eficiente con propiedades de convergencia bien conocidas. La efectividad de la metodología de planificación propuesta se demuestra empíricamente al proporcionar planes de expansión más baratos que mejoran la confiabilidad del sistema y al lograr mejores resultados computacionales en comparación con los modelos más avanzados.

Files

Multistage%20reliability-based%20expansion%20planning%20of%20ac%20distribution%20networks%20using%20a%20mixed-integer%20linear%20programming%20model.pdf.pdf

Files (569.5 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:3c555b6b1a60604e22c4cda0c717f0f9
569.5 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التخطيط التوسعي القائم على الموثوقية متعدد المراحل لشبكات توزيع التيار المتردد باستخدام نموذج برمجة خطي مختلط الأعداد
Translated title (French)
Planification de l'expansion des réseaux de distribution de courant alternatif basée sur la fiabilité en plusieurs étapes à l'aide d'un modèle de programmation linéaire à nombres entiers mixtes
Translated title (Spanish)
Planificación de expansión basada en la fiabilidad de múltiples etapas de redes de distribución de CA utilizando un modelo de programación lineal de enteros mixtos

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4206996955
DOI
10.1016/j.ijepes.2021.107916

Is supplement to
https://openalex.org/W4310470542 (Other)
https://openalex.org/W3146992596 (Other)
https://openalex.org/W2321338106 (Other)
https://openalex.org/W2127558517 (Other)
https://openalex.org/W2124847400 (Other)
https://openalex.org/W2092519139 (Other)
https://openalex.org/W2029521690 (Other)
https://openalex.org/W1977697675 (Other)
https://openalex.org/W1975333294 (Other)
https://openalex.org/W1486656814 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1968796383
  • https://openalex.org/W2008389133
  • https://openalex.org/W2009078282
  • https://openalex.org/W2012692456
  • https://openalex.org/W2015140184
  • https://openalex.org/W2041085220
  • https://openalex.org/W2055320420
  • https://openalex.org/W2074628584
  • https://openalex.org/W2076011135
  • https://openalex.org/W2119169328
  • https://openalex.org/W2125011575
  • https://openalex.org/W2133771143
  • https://openalex.org/W2155023875
  • https://openalex.org/W2155568151
  • https://openalex.org/W2162590117
  • https://openalex.org/W2214153429
  • https://openalex.org/W2228740173
  • https://openalex.org/W2340777776
  • https://openalex.org/W2342877771
  • https://openalex.org/W2491576154
  • https://openalex.org/W2498775949
  • https://openalex.org/W2547854284
  • https://openalex.org/W2766934059
  • https://openalex.org/W2788001476
  • https://openalex.org/W2798566347
  • https://openalex.org/W2802887772
  • https://openalex.org/W2909967461
  • https://openalex.org/W2911000641
  • https://openalex.org/W2942686544
  • https://openalex.org/W2969924073
  • https://openalex.org/W3011573018
  • https://openalex.org/W3023732369
  • https://openalex.org/W3048347507
  • https://openalex.org/W3090737681
  • https://openalex.org/W3118220005
  • https://openalex.org/W4293860495