Optimal phase balancing planning for loss reduction in distribution systems using a specialized genetic algorithm

Abstract

ABSTRACT: Unbalanced operation of distribution systems deteriorates power quality andincreases investment and operation costs. Feeder reconfiguration and phaseswapping are the two main approaches for load balancing, being the formermore difficult to execute due to the reduced number of sectionalizing switchesavailable in most distribution systems. On the other hand, phase swappingconstitutes a direct, effective and low cost alternative for load balancing. The main contribution of this paper is the proposal of an optimization model anda solution technique for phase balancing planning in distribution systems. Asregards the optimization model, a mixed integer nonlinear programming formulationis proposed. On the other hand, the proposed solution techniqueconsists on a specialized genetic algorithm. To show the effectiveness of theproposed approach, several tests are carried out with two distribution systemsof 37 and 19 buses, this last one with different load models. Results showedthat in addition to the achievement of the primary objective of loss reduction,phase balancing allows obtaining other technical benefits such as improvementof voltage profile and alleviation of congested lines.

RESUMEN: La operación desbalanceada de los sistemas de distribución deteriora la calidad de la potencia y aumenta los costos de inversión y operación. La reconfiguración de alimentadores y el intercambio de fases son los dos principales enfoques para balance de fases, siendo el primero más difícil de llevar a cabo debido al número reducido de seccionalizadores disponibles en la mayoría de los sistemas de distribución. Por otro lado, el intercambio de fases constituye una alternativa directa, efectiva y de bajo costo para el balance de fases. La contribución principal de este artículo es la propuesta de un modelo de optimización y una técnica de solución para el planeamiento de balance de fases en sistemas de distribución. En cuanto al modelo de optimización, se propone una formulación no lineal entera mixta. Por otro lado, la técnica de solución propuesta consiste en un algoritmo genético especializado. Para mostrar la eficacia de la metodología propuesta varios ensayos son realizados con dos sistemas de distribución de 37 y 19 barras, este ´ultimo con diferentes modelos de carga. Los resultados muestran que además de conseguir el objetivo principal de reducción de pérdidas, el balance de fases permite obtener otros beneficios técnicos como el mejoramiento del perfil de tensiones y reducción de la congestión en las líneas del sistema.