Análise e implementação de um algoritmo de busca dispersa para o planejamento da expansão de sistemas de transmissão

Abstract

O Problema de Planejamento da Expansão do Sistemas de Transmissão de Energia Elétrica tem por objetivo escolher, entre um conjunto predefinido de circuitos candidatos, aqueles que devem ser incorporados ao sistema de forma a minimizar os custos de investimento e operação e atender a demanda de energia futura ao longo de um horizonte de planejamento com confiabilidade, assumindo como conhecido o plano de geração. É considerado um problema muito complexo e difícil de resolver por se tratar de um problema não linear inteiro misto, não convexo, multimodal e altamente combinatório. Este problema tem sido resolvido usando técnicas clássicas como Decomposição de Benders e Branch and Bound, assim como também algoritmos heurísticos e metaheurísticas obtendo diversos resultados, porém com uma série de problemas, por exemplo, alto tempo de processamento pelos computadores e problemas de convergência. Neste trabalho se apresenta a metaheurística Busca Dispersa que é um método que combina sistematicamente conjuntos de soluções para se obter soluções melhores. O algoritmo é apresentado sistematicamente, explicando sua estrutura básica e a forma como é adaptado para resolver o problema do planejamento da expansão de sistemas de transmissão, considerando a modelagem matemática conhecida como modelo de transporte e o modelo DC. São realizados testes com o sistema Garver de 6 barras, o sistema IEEE de 24 barras e o Sul Brasileiro de 46 barras e os resultados obtidos são comparados com os obtidos com outras metaheurísticas, mostrando um bom desempenho tanto em velocidade de processamento como em esforço computacional

In the Transmission Expansion Planning problem of power systems a predefined set of candidate circuits are selected, in order to minimize investment and operation costs and meet the future energy demand over a planning horizon while reliability is considered and the generations plans are known. It is considered a very complex problem and difficult to solve because it is a mixed integer nonlinear problem, not convex, multimodal and highly combinatorial. This problem has been solved using classical techniques such as Benders Decomposition and Branch and Bound, as well as heuristic and metaheuristics algorithms achieving different results, but with some difficulties, such as high demand for processing by computers and convergence problems. This paper presents the scatter search metaheuristic which is a method that combines systematically sets of solutions to obtain better solutions. The algorithm is presented systematically, explaining its basic structure and how it is adapted to solve the Transmission Expansion Planning problem, considering the mathematical model known as transportation model and DC model. Tests are performed with Garver 6 bus system, IEEE 24 bus system and the South Brazilian 46 bus system, and the results obtained are compared with those obtained with other metaheuristics, showing a good performance both in processing speed as in computational effort