Optimization approaches for enhanced operation and planning of distribution systems : a multi-objective perspective

dc.contributor.advisor1Rueda Medina, Augusto César
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0002-4291-3153
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7397584412509839
dc.contributor.authorFerraz, Renato Santos Freire
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0001-7571-1972
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/1832936459743268
dc.contributor.referee1Fardin, Jussara Farias
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0003-4785-556X
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1912113095988528
dc.contributor.referee2Batista, Oureste Elias
dc.contributor.referee2IDhttp://orcid.org/0000-0003-4719-4132
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/3717606765861586
dc.contributor.referee3Franco Baquero, John Fredy
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0002-7191-012X
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/8253028254016321
dc.contributor.referee4Donadel, Clainer Bravin
dc.contributor.referee4IDhttps://orcid.org/0000-0002-3310-2762
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/8624415630257203
dc.date.accessioned2025-03-24T20:13:59Z
dc.date.available2025-03-24T20:13:59Z
dc.date.issued2025-02-25
dc.description.abstractEfficient planning and operation strategies are essential for modern electric power networks to ensure cost-effective electricity delivery while maintaining reliable performance. However, the ongoing transformation of traditional centralized distribution systems, driven by the integration of distributed energy resources (DERs) and the growing adoption of electric vehicles (EVs), has introduced new and complex challenges for distribution system operators (DSOs). To address these issues, this thesis proposes multi-objective optimization approaches aimed at enhancing the planning and operation of distribution networks from the DSO’s perspective. The first approach focuses on the optimized allocation and sizing of DERs while ensuring recloser fuse coordination to preserve the original network protection scheme. The second approach handles the static network reconfiguration problem, incorporating the allocation and sizing of DERs and capacitors. The third approach extends this to dynamic network reconfiguration, considering DERs, capacitors, and electric vehicle charging stations. Finally, the fourth approach explores the dynamic network reconfiguration, capacitors allocation, and on-load tap changer adjustment, while accounting for stochastic customer-owned DERs. The main objectives are to minimize investment and operational costs, improve the system’s performance indicators–such as power losses and voltage deviation–and ensure the proper operation of the distribution system. Stochastic variations in DER generation, load profiles, and EV distribution throughout the day are modeled using the Monte Carlo Method. The multi-objective optimization problems are solved using the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II and the Multi-objective Cuckoo Search, with the final solution selected through the Fuzzy Decision-making Method. The results demonstrate significant improvements in the performance indicators of the distribution system, achieved while meeting all operational constraints
dc.description.resumoEstratégias eficientes de planejamento e operação são essenciais para as redes elétricas modernas, garantindo o fornecimento de energia de forma econômica e mantendo um desempenho confiável. Noentanto, a transformação dos sistemas de distribuição centralizados tradicionais, impulsionada pela integração da geração distribuída (GD) e pela crescente adoção de veículos elétricos, introduziu novos e complexos desafios para os operadores de sistemas de distribuição. Para enfrentar esses desafios, esta tese propõe abordagens de otimização multiobjetivo voltadas para o aprimoramento do planejamento e operação das redes de distribuição sob a perspectiva dos operadores do sistema. A primeira abordagem trata da alocação e dimensionamento otimizados da GD, garantindo a coordenação entre religadores e fusíveis para preservar o esquema de proteção original da rede. A segunda abordagem resolve o problema da reconfiguração estática da rede, incorporando a alocação e o dimensionamento da GD e de bancos de capacitores. A terceira abordagem estende essa análise para a reconfiguração dinâmica da rede, considerando GD,capacitores e estações de recarga de veículos elétricos. Por fim, a quarta abordagem investiga a reconfiguração dinâmica da rede, a alocação de capacitores e o ajuste do transformador com tap sob carga, levando em conta a incerteza associada à GD instalada por consumidores. Os principais objetivos são minimizar os custos de investimento e operação, aprimorar os indicadores de desempenho do sistema–como perdas elétricas e desvio de tensão–e garantir o funcionamento adequado da rede de distribuição. As variações estocásticas da geração da GD, dos perfis de carga e da distribuição de veículos elétricos ao longo do dia são modeladas por meio do Método de Monte Carlo. Os problemas de otimização multiobjetivo são resolvidos utilizando o Algoritmo Genético de Ordenação Não Dominada II e o Método Busca do Cuco Multiobjetivo, com a solução final sendo selecionada pelo Método de Tomada de Decisão Fuzzy. Os resultados demonstram melhorias significativas nos indicadores de desempenho da rede de distribuição, garantindo o atendimento a todas as restrições operacionais
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa e Inovação do Espírito Santo (Fapes)
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/18687
dc.languagepor
dc.language.isoen
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Engenharia Elétrica
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
dc.rightsopen access
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
dc.subjectCapacitor
dc.subjectDistributed energy resource
dc.subjectElectric vehicle charging station
dc.subjectMulti-objective optimization
dc.subjectNetwork reconfiguration
dc.subjectRadial distribution system
dc.subjectCapacitor
dc.subjectGeração distribuída
dc.subjectEstação de recarga de veículos elétricos
dc.subjectOtimização multiobjetivo
dc.subjectReconfiguração de rede
dc.subjectSistema de distribuição radial
dc.subject.cnpqEngenharia Elétrica
dc.titleOptimization approaches for enhanced operation and planning of distribution systems : a multi-objective perspective
dc.typedoctoralThesis
foaf.mboxrenatofferraz@gmail.com
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