Optimal location of reclosers and fuses in distribution systems
Keywords:
Genetic algorithm, fuses, reliability, nonlinear mathematical model, distribution systems, reclosers
Abstract
In this article a methodology to resolve the problem of optimal location of reclosers and fuses in power electric distribution systems is presented, to improve reliability indices associated to the periodicity of the transient and permanent failures in the distribution systems. To formulate the problem, two non-linear binary mathematical models are posed that consider the location of reclosers and fuses under two scenarios of coordination, denominated “fuse save scheme” and “fuse blow scheme”. The first model minimizes SAIFI index, and the second model minimizes MAIFI index. The set of constraints is the same for both models, which considers technical and operative characteristics. As solution strategy a methodology is proposed, which considers two different schemes of solution: the first scheme uses the commercial optimizer GAMS and the second scheme uses as solution technique a Chu & Beasley genetic algorithm (CBGA). In order to verify the validity of both strategies, these are executed in two tests systems from the specialized literature, comparing the results obtained.Downloads
Download data is not yet available.
References
[1] M. T. G. Donalvo, A. E. D. Tio and W. R. D. Tarnate, “Maximizing reliability by optimal siting of distributed generation and protective devices,” Environment and Electrical Engineering (EEEIC), 2015 IEEE 15th International Conference on, Rome, 2015, pp. 455-460. Doi: 10.1109/EEEIC.2015.7165205.
[2] B. Baruah, S. Das and M. Ghosh, “Optimal placement of protective devices in a distributed power system,” 2015 Annual IEEE India Conference (INDICON), New Delhi, 2015, pp. 1-6. doi: 10.1109/INDICON.2015.7443358.
[3] Yuting Tian and J. Mitra, “A pareto-optimal approach to design of distribution system protection,” North American Power Symposium (NAPS), 2015, Charlotte, NC, 2015, pp. 1-5. doi: 10.1109/NAPS.2015.7335250.
[4] Kagan N., Prieto H., Barioni C., Robba J., “Otimização da Qualidade de Fornecimento pela Localização de Dispositivos de Proteção e Seccionamento em Redes de Distribuição”, Anais do II Seminário Brasileiro Sobre Qualidade de Energia Elétrica (Digital -CD), 16 a 19 de Novembro de 1997, São Lourenço – MG.
[5] F. Soudi and K. Tomsovic, “Optimized distribution protection using binary programming,” in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 13, no. 1, pp. 218-224, Jan 1998. doi: 10.1109/61.660881.
[6] F. Soudi and K. Tomsovic, “Optimal trade-offs in distribution protection design,” in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 16, no. 2, pp. 292-296, Apr 2001. doi: 10.1109/61.915498.
[7] N. Kagan and C. C. B. Oliveira, “Goal planning and risk analysis for distribution reliability indices,” Electricity Distribution, 2001. Part 1: Contributions. CIRED. 16th International Conference and Exhibition on (IEE Conf. Publ No. 482), Amsterdam, 2001, pp. 6 pp. vol.2-. doi: 10.1049/cp:20010752.
[8] Silva, L.G.W. Alocação otimizada de dispositivos de proteção em sistemas de distribuição de energia elétrica. Dissertação (Mestrado) - Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, Universidade Estadual Paulista, Ilha Solteira, 2002.
[9] Silva, L.G.W. Desenvolvimento de uma metodologia integrada para alocação otimizada de dispositivos de controle e proteção previsão de carga em sistemas de energia elétrica. Dissertação (Doutorado) - Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, Universidade Estadual Paulista, Ilha Solteira, 2005.
[10] Moreti, E. Análises e estudos para alocação e ajustes de dispositivos de proteção em redes de média tensão de energia elétrica com geração Distribuída. Dissertação (Mestrado) - Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, Universidade Estadual Paulista, Ilha Solteira, 2007.
[11] Reyes J., Morales M., Garcia-Santander L., Pezoa J. E., “Optimal location of reclosers in distribution networks in order to minimize the average interruption frequency”. Revista: Ingeniare, Vol 17, No 2, April 2009 pp. 205-212.
[12] M. H. Kim, S. H. Lim, J. F. Moon and J. C. Kim, “Method of Recloser-Fuse Coordination in a Power Distribution System With Superconducting Fault Current Limiter,” in IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol. 20, no. 3, pp. 1164-1167, June 2010. doi: 10.1109/ TASC.2010.2040821.
[13] G. D. Ferreira, A. S. Bretas and G. Cardoso, “Optimal distribution protection design considering momentary and sustained reliability indices,” Modern Electric Power Systems (MEPS), 2010 Proceedings of the International Symposium, Wroclaw, 2010, pp. 1-8.
[14] F. Darabi, A. T. Shooshtari, E. Babaei and S. Darabi, “Reliability cost allocation of protective devices using binary programming,” Business, Engineering and Industrial Applications (ISBEIA), 2011 IEEE Symposium on, Langkawi, 2011, pp. 469-474. doi: 10.1109/ISBEIA.2011.6088860.
[15] C. Toro, R. A. Hincapié, R. A. Gallego, “Ubicación Óptima de Elementos de Protección en Sistemas de Distribución de Energía Eléctrica,” Revista Scientia Et Technica, vol. XVI, núm. 48, agosto, 2011, pp. 13-18. Universidad Tecnológica de Pereira. Pereira, Colombia.
[16] G. D. Ferreira, A. S. Bretas, “A Nonlinear Programming Model for Electric Distribution System Reliability Optimization”. Department of Electrical Engineering, Federal University of Rio Grande do Sul, Mayo 2012.
[17] C. A. Peñuela, “Desemvolvimento de Técnicas e Modelos Matemáticos para Solução do Problema do Manejamento da Expansão e Operação de Sistemas de Distribuçã de Energia Eléctrica Com Geradores Distribuídos”. Universidade Estadual Julio de Mesquita Filho, Facultade de Engenharia, Campus Ilha Solteira, 2012.
[18] A. E. D. C. Tio, I. B. N. C. Cruz, B. M. Malquisto and R. D. del Mundo, “A binary programming model for reliability optimization considering fuse-blow and fuse-save schemes,” TENCON 2012 - 2012 IEEE Region 10 Conference, Cebu, 2012, pp. 1-6. doi: 10.1109/TENCON.2012.6412247.
[19] Sh. Abdi, K. Afshar, S. Ahmadi, N. Bigdeli, M. Abdi, “Optimal recloser and sectionalizer allocation in distribution networksusing IPSO-Monte Carlo approach”. Imam Khomeini International University, Electrical Engineering Department, 2013.
[20] J. H. Holland, “Adaptation in natural and artificial system: An introductory analysis with applications to biology, control and artificial intelligence”. The University of Michigan Press, 1975.
[21] D. E. Goldberg, “Genetics Algorithms in search optimization and machine Learning,” Addison Wesley Reading, Mass, 1989.
[22] Z. Michalewicz, “Genetics Algorithms + data structure evolution programs,” Artificial Intelligence, Springer, Berlin, 1996.
[23] P.C. Chu and J.E. Beasly, “A Genetic Algorithm for the generalized assignment problem,” Computers Operation Research, 24(1), pp 17-23, 1997.
[24] R. A. Gallego; A. H. Escobar., E. Toro. “Técnicas metaheurísticas de optimización,” 2 ed. Pereira: Universidad Tecnológica de Pereira, 2008.
[2] B. Baruah, S. Das and M. Ghosh, “Optimal placement of protective devices in a distributed power system,” 2015 Annual IEEE India Conference (INDICON), New Delhi, 2015, pp. 1-6. doi: 10.1109/INDICON.2015.7443358.
[3] Yuting Tian and J. Mitra, “A pareto-optimal approach to design of distribution system protection,” North American Power Symposium (NAPS), 2015, Charlotte, NC, 2015, pp. 1-5. doi: 10.1109/NAPS.2015.7335250.
[4] Kagan N., Prieto H., Barioni C., Robba J., “Otimização da Qualidade de Fornecimento pela Localização de Dispositivos de Proteção e Seccionamento em Redes de Distribuição”, Anais do II Seminário Brasileiro Sobre Qualidade de Energia Elétrica (Digital -CD), 16 a 19 de Novembro de 1997, São Lourenço – MG.
[5] F. Soudi and K. Tomsovic, “Optimized distribution protection using binary programming,” in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 13, no. 1, pp. 218-224, Jan 1998. doi: 10.1109/61.660881.
[6] F. Soudi and K. Tomsovic, “Optimal trade-offs in distribution protection design,” in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 16, no. 2, pp. 292-296, Apr 2001. doi: 10.1109/61.915498.
[7] N. Kagan and C. C. B. Oliveira, “Goal planning and risk analysis for distribution reliability indices,” Electricity Distribution, 2001. Part 1: Contributions. CIRED. 16th International Conference and Exhibition on (IEE Conf. Publ No. 482), Amsterdam, 2001, pp. 6 pp. vol.2-. doi: 10.1049/cp:20010752.
[8] Silva, L.G.W. Alocação otimizada de dispositivos de proteção em sistemas de distribuição de energia elétrica. Dissertação (Mestrado) - Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, Universidade Estadual Paulista, Ilha Solteira, 2002.
[9] Silva, L.G.W. Desenvolvimento de uma metodologia integrada para alocação otimizada de dispositivos de controle e proteção previsão de carga em sistemas de energia elétrica. Dissertação (Doutorado) - Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, Universidade Estadual Paulista, Ilha Solteira, 2005.
[10] Moreti, E. Análises e estudos para alocação e ajustes de dispositivos de proteção em redes de média tensão de energia elétrica com geração Distribuída. Dissertação (Mestrado) - Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, Universidade Estadual Paulista, Ilha Solteira, 2007.
[11] Reyes J., Morales M., Garcia-Santander L., Pezoa J. E., “Optimal location of reclosers in distribution networks in order to minimize the average interruption frequency”. Revista: Ingeniare, Vol 17, No 2, April 2009 pp. 205-212.
[12] M. H. Kim, S. H. Lim, J. F. Moon and J. C. Kim, “Method of Recloser-Fuse Coordination in a Power Distribution System With Superconducting Fault Current Limiter,” in IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol. 20, no. 3, pp. 1164-1167, June 2010. doi: 10.1109/ TASC.2010.2040821.
[13] G. D. Ferreira, A. S. Bretas and G. Cardoso, “Optimal distribution protection design considering momentary and sustained reliability indices,” Modern Electric Power Systems (MEPS), 2010 Proceedings of the International Symposium, Wroclaw, 2010, pp. 1-8.
[14] F. Darabi, A. T. Shooshtari, E. Babaei and S. Darabi, “Reliability cost allocation of protective devices using binary programming,” Business, Engineering and Industrial Applications (ISBEIA), 2011 IEEE Symposium on, Langkawi, 2011, pp. 469-474. doi: 10.1109/ISBEIA.2011.6088860.
[15] C. Toro, R. A. Hincapié, R. A. Gallego, “Ubicación Óptima de Elementos de Protección en Sistemas de Distribución de Energía Eléctrica,” Revista Scientia Et Technica, vol. XVI, núm. 48, agosto, 2011, pp. 13-18. Universidad Tecnológica de Pereira. Pereira, Colombia.
[16] G. D. Ferreira, A. S. Bretas, “A Nonlinear Programming Model for Electric Distribution System Reliability Optimization”. Department of Electrical Engineering, Federal University of Rio Grande do Sul, Mayo 2012.
[17] C. A. Peñuela, “Desemvolvimento de Técnicas e Modelos Matemáticos para Solução do Problema do Manejamento da Expansão e Operação de Sistemas de Distribuçã de Energia Eléctrica Com Geradores Distribuídos”. Universidade Estadual Julio de Mesquita Filho, Facultade de Engenharia, Campus Ilha Solteira, 2012.
[18] A. E. D. C. Tio, I. B. N. C. Cruz, B. M. Malquisto and R. D. del Mundo, “A binary programming model for reliability optimization considering fuse-blow and fuse-save schemes,” TENCON 2012 - 2012 IEEE Region 10 Conference, Cebu, 2012, pp. 1-6. doi: 10.1109/TENCON.2012.6412247.
[19] Sh. Abdi, K. Afshar, S. Ahmadi, N. Bigdeli, M. Abdi, “Optimal recloser and sectionalizer allocation in distribution networksusing IPSO-Monte Carlo approach”. Imam Khomeini International University, Electrical Engineering Department, 2013.
[20] J. H. Holland, “Adaptation in natural and artificial system: An introductory analysis with applications to biology, control and artificial intelligence”. The University of Michigan Press, 1975.
[21] D. E. Goldberg, “Genetics Algorithms in search optimization and machine Learning,” Addison Wesley Reading, Mass, 1989.
[22] Z. Michalewicz, “Genetics Algorithms + data structure evolution programs,” Artificial Intelligence, Springer, Berlin, 1996.
[23] P.C. Chu and J.E. Beasly, “A Genetic Algorithm for the generalized assignment problem,” Computers Operation Research, 24(1), pp 17-23, 1997.
[24] R. A. Gallego; A. H. Escobar., E. Toro. “Técnicas metaheurísticas de optimización,” 2 ed. Pereira: Universidad Tecnológica de Pereira, 2008.
Published
2016-09-21
How to Cite
Gallego-Londoño, J., Montoya-Giraldo, O., Hincapié-Isaza, R., & Granada-Echeverri, M. (2016). Optimal location of reclosers and fuses in distribution systems. ITECKNE, 13(2), 113-126. https://doi.org/https://doi.org/10.15332/iteckne.v13i2.1476
Issue
Section
Research and Innovation Articles
