1,721,102 research outputs found
Vulnerability and resilience analysis in electric power systems under the occurrence of a deliberate disruptive event
No full textLos Sistemas de Energía Eléctrica (SEE) enfrentan interrupciones del servicio provocadas por eventos disruptivos deliberados, como ciberataques, que afectan significativamente la vulnerabilidad y la resiliencia del sistema. Estos ataques comprometen la capacidad del sistema para recuperarse y restablecer su funcionamiento normal, reduciendo su capacidad de respuesta y adaptación, lo que resulta en mayores pérdidas económicas y un impacto prolongado en las cargas críticas.
En esta tesis Doctoral se propone un modelo de optimización, basado en el problema de interdicción, implementando un Algoritmo Genético (AG) que permitirá identificar puntos vulnerables del sistema (vectores de interdicción) y priorizar acciones de mitigación, minimizando la vulnerabilidad y maximizando la resiliencia.
El análisis de vulnerabilidad, identificó los elementos más susceptibles a ser atacados, como lo son las líneas y generadores. El desarrollo del Algoritmo Genético (AG), extrajo la Matriz de Interdicción (MI) y el Vector de Interdicción (VI), que generan mayores costos al sistema ante un evento disruptivo. Se identificaron las estrategias más efectivas del agente disruptor al atacar líneas y generadores, así como la respuesta del Operador de Red (OR). Se establecieron cuatro escenarios, incluyendo el escenario base, en los cuales se aplicaron mecanismos de Respuesta a la Demanda (RD) y Generación Distribuida (GD)/Plantas de generación (PG), buscando mejorar la resiliencia del sistema.
En el escenario del sistema de transmisión, al aplicar RD y PG, el sistema logró aumentar la carga atendida en un 82%, mientras que aplicando RD y PG por separado, el incremento fue del 77% y 66%, respectivamente. En el sistema de distribución, al aplicar RD y GD, el sistema logró aumentar la carga atendida en un 56%, mientras que aplicando RD y GD por separado, el incremento fue del 44% y 25% respectivamente.
Además, se implementó una estrategia de reconfiguración topológica de la red eléctrica, sugiriendo configuraciones alternativas después de un evento disruptivo, con el objetivo de maximizar la resiliencia y minimizar los costos operativos y la vulnerabilidad. Finalmente, se establecieron métricas para cuantificar y cualificar la resiliencia de las acciones de mitigación del OR, reduciendo la pérdida de carga y sus costos, validadas a través de casos de estudio con redes de prueba IEEE.
Entre las contribuciones, la más importante de esta tesis Doctoral es el desarrollo de una técnica de optimización basada en Algoritmo Genético (AG) que permite identificar los planes de ataque más dañinos y determinar las acciones óptimas de restauración de los elementos del sistema, como lo son las líneas y generadores.Electrical Power Systems (EPS) face service interruptions caused by deliberate disruptive events, such as cyberattacks, which significantly impact the system's vulnerability and resilience. These attacks compromise the system's ability to recover and restore normal operation, reducing its responsiveness and adaptability, leading to greater economic losses and prolonged impact on critical loads.
This Doctoral thesis proposes an optimization model based on the interdiction problem, implementing a Genetic Algorithm (GA) that will identify the system's vulnerable points (interdiction vectors) and prioritize mitigation actions, minimizing vulnerability and maximizing resilience.
The vulnerability analysis identified the most susceptible elements to attacks, such as lines and generators. The development of the Genetic Algorithm (GA) extracted the Interdiction Matrix (IM) and the Interdiction Vector (IV), which generate higher costs for the system in the event of a disruptive incident. The most effective strategies of the attacker were identified, targeting lines and generators, as well as the response of the Network Operator (NO). Four scenarios were established, including the base scenario, in which Demand Response (DR) mechanisms and Distributed Generation (DG)/Generation Plants (GP) were applied, aiming to improve the system's resilience.
In the transmission system scenario, by applying DR and GP, the system managed to increase the load served by 69%, while applying DR and GP separately resulted in increases of 64% and 47%, respectively. In the distribution system, by applying DR and DG, the system managed to increase the load served by 56%, while applying DR and DG separately resulted in increases of 46% and 44%, respectively.
Additionally, a topological reconfiguration strategy of the electrical network was implemented, suggesting alternative configurations after a disruptive event to maximize resilience and minimize operational costs and vulnerability. Finally, metrics were established to quantify and qualify the resilience of the NO's mitigation actions, reducing load loss and its costs, validated through case studies with IEEE test networks.
Among the contributions, the most important contribution of this Doctoral thesis is the development of an optimization technique based on Genetic Algorithms (GA) that allows identifying the most damaging attack plans and determining the optimal restoration actions for system elements, such as lines and generators.Universidad Distrital Francisco José de Calda
Stability Analysis of Wind Generation for the National Transmission System (STN) with Double-Fed Induction Wind Turbine (DFIG)
No full textActualmente Colombia presenta altas expectativas para la conexión de 3.000 MW de generación eólica, empleando aerogeneradores de inducción doblemente alimentados (DFIG). En este contexto, la falta de normatividad en aspectos regulatorios que viabilice la participación de generación eólica en el mercado eléctrico colombiano, a causa de su carácter variable no controlable, hace necesario un análisis del impacto que produce la integración de este tipo de generación en la estabilidad del Sistema de Transmisión Nacional (STN), para participar en propuestas de su desarrollo y posibles soluciones a implementar presentadas ante el Consejo Nacional de Operación (CNO) y el Comité Asesor de Planeamiento de la Transmisión (CAPT). En este documento se presenta el análisis utilizando la base de datos del STN 2017 en DIgSILENT, considerando la entrada de 1.432 MW de potencia eólica con tecnología DFIG y planteando diferentes escenarios de demanda con sus respectivos despachos de generación.Colombia currently has high expectations for the connection of 3,000 MW of wind generation, using doubly fed induction wind turbines (DFIG). In this context, the lack of normativity on regulatory aspects that make the participation of wind generation viable in the Colombian electricity market, because of its non-controllable variable character, makes it necessary to analyze the impact of the integration of this type of generation on the stability of the National Transmission System (STN), to participate in proposals for its development and possible solutions to be implemented before the National Operation Council (CNO) and the Transmission Planning Advisory Committee (CAPT). This document presents the analysis using the STN 2017 database in DIgSILENT, considering the entry of 1,432 MW of wind power with DFIG technology and proposing different demand scenarios with their respective generation dispatches.INTERCOLOMBIA S.A
Development of a linear permanent magnet generator topology for low power through finite elements
Get PDFUno de los principales problemas de los generadores lineales es que debido a la baja velocidad de traslación de su parte móvil, para poder generar grandes potencias la máquina deberá soportar grandes esfuerzos lo que conlleva a dispositivos muy grandes, por ende, mediante el uso de múltiples dispositivos de mediana potencia en lugar de un bajo número de estos de gran potencia se consigue una forma de onda más adecuada de cara a su integración en red. En el presente artículo se propone dos topologías diferentes de generador lineal con características obtenidas a partir de una recopilación de la literatura científica, se presenta los parámetros tenidos en cuenta para el diseño y su respectivo modelado a través de simulaciones 2D en COMSOL, como contribución al proyecto de investigación Topologías de generador eólico de baja potencia. Los resultados obtenidos resaltan a la segunda de las topologías propuestas, siendo la de mejor comportamiento bajo carga, una señal en bornes más limpia y mayor salida de potencia frente a variaciones en la magnitud de la carga.One of the main problems of linear generators is that due to the low speed of translation of their moving part, in
order to generate large powers the machine must withstand great efforts which leads to very large devices, therefore,
through the use of multiple Medium-power devices instead of a low number of high-power devices, a more suitable
waveform is achieved for their integration into the network. In this article, two different linear generator
topologies are proposed with characteristics obtained from a compilation of scientific literature, the parameters taken
into account for the design and their respective modeling are presented through 2D simulations in COMSOL, as a
contribution to the research project TOPOLOGIES OF LOW POWER WIND GENERATOR. The results obtained
highlight the second of the proposed topologies, being the one with the best behavior under load, a cleaner terminal
signal and greater power output in the face of variations in the magnitude of the load
Incentive Based Demand Response Aggregator
No full textSe plantea un agregador de respuesta de la demanda basado en incentivos para el sector residencial, con el objetivo de disminuir los picos de la curva de demanda y que económicamente sea viable, se realiza un aplicativo para poder simular la respuesta de 3 servicios de respuesta de la demanda propuesto en mil usuarios.An aggregator of demand response based on incentives for the residential sector is proposed, in order to reduce the peaks of the demand curve and economically viable, an application is made to simulate the response of 3 response services the proposed demand in one thousand users.Grupo de compatibilidad electromagnética "GCEM" Universidad Distrital Francisco José de Calda
Electrical studies of transmission applications with battery energy storage systems (BESS) for its integration in the national interconnected system
No full textEste trabajo presenta los estudios relacionados para aplicaciones con BESS en redes de trasmisión para solución de problemas de red en el STN, destacando principalmente dos tipos de aplicaciones: Transmission Capacity Release y Spinning Reserve, estas aplicaciones se estudian tanto para la red del Atlántico como GCM. El desarrollo de este proyecto se hizo en tres etapas: 1) Identificación de problemas en redes de Transmisión ante problemas de estabilidad y Contingencias N-1; 2) Elaboración de modelos para las aplicaciones Spinning Reserve y Transmission Capacity Release; 3) Verificación de las capacidades de BESS para las diferentes aplicaciones, buscando encontrar que las soluciones encontradas puedan ser consideradas para su implementación en el SIN. Estas etapas, se realizaron mediante el desarrollo de dos programas para las dos aplicaciones BESS en la Costa Atlántica, estos son: Modelo AGC Costa-Interior del país elaborado en MATLAB-Simulink y Modelo de optimización lineal (Flujo DC) del STR Atlántico desarrollado en AMPL+CPLEX.This paper presents the related studies for applications with BESS in transmission networks to solve network problems in the STN, highlighting mainly two types of applications: Transmission Capacity Release and Spinning Reserve, these applications are studied for both the Atlantic network and GCM . The development of this project was done in three stages: 1) Identification of problems in Transmission networks in the face of stability problems and Contingencies N-1; 2) Development of models for Spinning Reserve and Transmission Capacity Release applications; 3) Verification of the capabilities of BESS for the different applications, seeking to find that the solutions found can be considered for their implementation in the SIN. These stages were carried out through the development of two programs for the two BESS applications in the Atlantic Coast, these are: Costa Rica's AGC Model-Country developed in MATLAB-Simulink and Linear optimization model (DC Flow) of the Atlantic STR developed in AMPL + CPLEX.ISA-Intercolombi
Renovation projects executed at CTE Oriente, GEM SPAT
No full textEl presente documento busca realizar una recopilación y unificación de la información resultante (informes de trabajo, estudios de coordinación de protecciones, planos, registros fotográficos, memorias vividas, etc), de los dos más recientes proyectos de renovación llevados a cabo por ISA Intercolombia en el CTE Oriente, a través del GEM SPAT, en las subestaciones que componen la Línea Arauca y la subestación la Sierra 230kV, los cuales son pioneros en la actualización de los esquemas de protección, control y supervisión en subestaciones de alta tensión del STN. El registro recopila el desarrollo técnico de los mismos, que sirve como soporte de verificación del cumplimiento de los criterios de diseño e implementación establecidos por la empresa según el tipo de actividad ejecutada; realizando una comparación entre lo presentado en el Manual de Ingeniería Secundaría y el trabajo llevado a cabo durante la ejecución de los proyectos. La verificación del cumplimiento de los criterios de diseño irá de la mano con indagación de la programación y funciones de protección habilitadas en los nuevos relés de protección instalados durante la renovación, ya sea para protección de transformador en la Línea Arauca y protección de línea en la subestación la Sierra. El grupo en ejecución de mantenimientos SPAT, espera identificar las oportunidades de mejora resultantes de estos proyectos, para replicarlos en los proyectos venideros que se desarrollarán con estas nuevas tecnologías que están marcando tendencia en los esquemas de protección, control y supervisión de subestaciones de AT. Adicionalmente, el documento servirá como registro y punto de referencia para el personal que no participó en las actividades y necesite conocer de las mismas, ya sea por atención de eventos de disponibilidad o por renovaciones futuras.This document seeks to compile and unify the resulting information (work reports, protection coordination studies, plans, photographic records, lived memories, etc.), of the two most recent renovation projects carried out by ISA Intercolombia in the CTE Oriente, through the GEM SPAT, in the substations that make up the Arauca Line and the Sierra 230kV substation, which are pioneers in updating the protection, control and supervision schemes in high-voltage substations of the STN. The registry collects their technical development, which serves as a support for verifying compliance with the design and implementation criteria established by the company according to the type of activity carried out; making a comparison between what is presented in the Secondary Engineering Manual and the work carried out during the execution of the projects. Verification of compliance with the design criteria will go hand in hand with inquiry of the programming and protection functions enabled in the new protection relays installed during the renovation, either for transformer protection in the Arauca Line and line protection in the La Sierra substation.
The SPAT maintenance execution group hopes to identify the improvement opportunities resulting from these projects, in order to replicate them in future projects that will be developed with these new technologies that are setting trends in the protection, control and supervision schemes of AT substations. Additionally, the document will serve as a record and reference point for personnel who did not participate in the activities and need to know about them, either by attending availability events or by future renovations.ISA Intercolombia S.A
Mitigation SAGS and SWELLS of a Grid Distribution IEEE 30-Node by Location of FACTS (SVC and DSTATCOM)
No full textEste trabajo de grado presenta un análisis y evaluación del comportamiento de una red de distribución en presencia de variaciones de tensión de corta duración, específicamente Sags (caídas de tensión) y Swells (aumentos de tensión), antes y después de la implementación de los compensadores SVC (Static Var Compensator) y DSTATCOM (Distribution Static Compensator), tomando como caso de estudio el sistema IEEE de 30 nodos, el cual presenta niveles de tensión similares a la red de distribución industrial y residencial Colombiana. Para ello se identifican los puntos críticos del sistema a partir del cálculo de una función objetivo que permite ver las variaciones de los perfiles de tensión durante la falla. Con los datos obtenidos se seleccionan dos nodos teniendo en cuenta algunos criterios. Con ayuda del programa DIgSILENT y un algoritmo implementado en MATLAB, se hace un análisis incluyendo las variaciones de tensión antes mencionadas, con magnitudes y duraciones que son seleccionadas con base en lo especificado en el estándar IEEE 1159:2009 y la norma NTC 5000:2013. Posteriormente se incluyen los compensadores en la red simulada y mediante índices referentes a niveles de tensión soportados en la normatividad Colombiana y el estándar IEEE mencionado, se evalúa el comportamiento de la red, verificando si luego de la compensación los niveles de tensión se encuentra dentro de los rangos aceptables que no afecten la calidad de energía, concluyendo que el sistema presenta mejoras con la implementación de los compensadores SVC y DSTACTOM para la mitigación de Sags y Swells en cada uno de los puntos críticos. Sin embargo, para variaciones de tensión con magnitudes de 1.3 p.u. el resultado no estuvo dentro de los rangos de tensión esperados, debido a la que la red cuenta con un condensador síncrono ubicado en el nodo 11 que inestabiliza el sistema e impide que los compensadores cumplan con el objetivoThis graduation project presents an analysis and evaluation about behavior of a distribution grid in presence of short duration voltage variation, specifically Sags (voltage diminutions or dips) and Swells (voltage elevations), before and after implementation of the compensators SVC (Static Var Compensator) and DSTATCOM (Distribution Static Compensator), taking as study case the IEEE 30 bus system, which presents similar voltage levels to the Colombian distribution grid (industrial and residential). For this, the critical points in the system are identified through using of an objective function that allows to look the profiles voltage during a fault. With the results obtained are selected two nodes taking into account certain criteria. Using the DigSILENT program an algorithm implemented in MATLAB, then is made an analysis including the voltage variations aforementioned, with magnitudes and durations that are selected with regard to specified in the IEEE 1159:2009 standard and the NTC5000:2013 norm. Then, are included the compensators and through standards of voltage levels supported in the Colombian norm and the IEEE standard aforementioned, the grid behavior is evaluated, checking if then compensation the voltage levels are within acceptable ranges that don’t affect the power quality. Finally it concludes that the system present improvements with the implementation of the SVC and DSTATCOM compensators for Sags and Swells mitigation in each of the critical nodes. However, for voltage variations with magnitudes 1.3 p.u. the result was not within the expected voltage ranges, due to the n grid has synchronous condensers located in the node 11 and 13, destabilizing the system and prevents compensating fulfill the objective
Evaluation of the Load Curve Flattening in Stratum Four (4) of the City of Bogotá by means of Demand Response Programs; Case Study: 100 Users with Access to Distributed Generation
No full textEn este trabajo se evaluó a través de simulaciones el aplanamiento de la curva de carga de un caso de estudio de 100 usuarios que cuentan con generación distribuida, para ello se utilizó programas de respuesta a la demanda como Pago por Tiempo de uso (TOU) y Precio Pico Critico (CPP) ademas se comparo el ahorro monetario frente a los precios actuales de red.. Los resultados muestran que podemos ahorrar ( aplanar) un 26% de energía usando estos programas y en costos hasta el 64,14%, finalmente llegamos a la conclusión de que si usamos estos programas en Colombia podemos ahorrar y evaluar el comportamiento de la curva de demanda de los usuarios estrato cuatro residenciales en Bogotá.At the hours that the energy demand increase the power system can works at its operation limits and in Colombia doesn’t exist regulatory laws that lets participate the utilities and users at the same time for solving this problem, in the international bibliography works like Sheikh, Tizghadam, Joo and Kitakyushu, use demands response (DR) program for improve this problems, for that reason in this work we propose and strategy for fixed and solve this issue through (DR)
In this paper, we use programs like Time of Use (TOU) and Critical Peak Pricing (CPP) and evaluate the cost of this in the demand curve of the four’s residential users in Bogotá if they have distributed generation with photovoltaic systems . The results shows that we can save 26% of energy using this programs and in costs until 64,14%, finally we conclude that if we use this programs in Colombia we can save and evaluate the behavior of the demand curve of the four’s residential users in Bogotá
Modelamiento y análisis de ruido en transformadores mediante elementos finitos
No full textEn la actualidad existe una creciente preocupación mundial por el cuidado del medio ambiente, en donde el control de la contaminación auditiva tiene una gran relevancia debido al impacto que esta tiene en el bienestar de las personas. La generación de ruido cerca de las zonas residenciales se puede convertir en un problema de salud pública. Los transformadores de potencia al entrar en funcionamiento generan ruido y al estar ubicados cerca a zona residenciales se pueden convertir en un problema de contaminación auditiva. En el presente proyecto de grado se propone desarrollar una metodología, que permita plantear posibles soluciones a la generación de ruido en transformadores de potencia. Para esto, se incluye una descripción de los aspectos generales del ruido en transformadores, reseñando los principales trabajos de investigación, concluyendo con las técnicas utilizadas para la reducción de la emisión de ruido de transformadores de potencia. Para la reducción del ruido en transformadores de potencia, se propone disminuir los valores de las fuerzas electromagnéticas que actúan en el núcleo. Se utiliza el software de elementos finitos COMSOL, para simular el comportamiento del núcleo de un transformador de potencia de referencia y a partir de este se realizan cambios en la geometría del entrehierro del núcleo, para validar cual configuración presenta menor generación de valores de fuerza electromagnética
Annual economic profit maximization in distribution networks though the minimization of power losses
No full textEste trabajo de grado presenta la formulación e implementación de un algoritmo de Programación No Lineal Entero Mixto (MINLP) que optimiza la ubicación y tamaño de STATCOMs en sistemas de distribución de energía eléctrica, minimizando las pérdidas de potencia de la red y maximizando su TCS anual.
En primera instancia se presenta una aproximación teórica sobre la inclusión óptima de diferentes tecnologías (BESS, GDs y FACTS) en sistemas de transmisión y distribución de energía eléctrica, con el fin de obtener un panorama referente a los diferentes modelos de optimización implementados y los resultados obtenidos en cada línea de investigación. Además, se exponen los beneficios que se obtienen al incluir STATCOMs en redes de distribución y se plantean las bases teóricas que dieron cabida al desarrollo del proyecto.
Posteriormente se expuso la formulación matemática y estrategia de solución del modelo de optimización incluyendo sus restricciones y los dos escenarios planteados para la obtención de los resultados. Además, se definieron las redes de distribución radial IEEE-33 e IEEE-69 como sistemas de prueba y se exhibieron sus características.
Finalmente, el algoritmo de optimización fue implementado a los sistemas de prueba mediante el software de optimización GAMS. Se definieron dos casos base para la red IEEE-33 (A y B) y dos escenarios solución para ambos sistemas de prueba, con el fin de realizar una comparación veraz con15los algoritmos IA y GHS propuestos en [18] y [19] respectivamente. La comparación se hizo a través de los resultados obtenidos referentes a la disminución de pérdidas de potencia, maximización del beneficio económico y corrección del perfil de tensión.This degree project presents the formulation and implementation of a Mixed Integer Nonlinear Programming (MINLP) algorithm that optimizes the location and size of STATCOMs in electrical power distribution systems, minimizing power losses from the grid and maximizing their annual TCS.
Firstly, a theoretical approach is presented about the optimal inclusion of different technologies (BESS, GDs and FACTS) in electrical energy transmission and distribution systems, in order to obtain an overview of the different optimization models implemented and the results obtained in each line of research. In addition, the benefits obtained by including STATCOMs in distribution networks are exposed and the theoretical bases that gave place to the development of the project are raised.
Subsequently, the mathematical formulation and solution strategy of the optimization model was presented, including its restrictions and the two scenarios proposed for obtaining the results. In addition, the IEEE-33 and IEEE-69 radio distribution networks were defined as trial systems and their characteristics were exposed.
Finally, the optimization algorithm was implemented to the trial systems using the GAMS optimization software. Two base cases were defined for the IEEE-33 network (A and B) and two solution scenarios for both trial systems, to make an accurate comparison with the IA and GHS algorithms proposed in [1] and [2] respectively. The comparison was made through the results obtained regarding the reduction of power losses, maximization of the economic benefit and correction of the tension profile
- …
