Implementación de una herramienta de analítica para el ajuste de relés distancia con base en datos de simulación
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Resumen
Este trabajo desarrolla una metodología para la optimización de ajustes de relés distancia considerando múltiples escenarios de operación, abordando el compromiso inherente entre fiabilidad y seguridad mediante técnicas de optimización multiobjetivo. La metodología integra tres componentes: extracción automatizada de datos de cortocircuito desde DIgSILENT PowerFactory, formulación del problema como optimización multiobjetivo en el espacio de parámetros de la característica poligonal, e implementación de dos métodos de solución para determinar los ajustes de un relé.
El primer método, K means + NSGA II, realiza la agrupación de escenarios operativos como etapa previa y posteriormente optimiza los parámetros de cada grupo de forma independiente. El segundo método, NSGA II + BILP, implementa una formulación binivel donde la asignación de escenarios a grupos se determina dinámicamente mediante programación lineal entera binaria durante el proceso evolutivo, permitiendo la optimización simultánea de parámetros y asignaciones.
La metodología se validó en dos sistemas de prueba: el sistema IEEE 39 barras y un sistema de transmisión real de 220 kV, con más de 14.000 y 24.000 escenarios de falla simulados respectivamente. Ambos métodos generan frentes de Pareto que explicitan el compromiso entre fiabilidad y seguridad y ofrecen al ingeniero un conjunto de soluciones cuantificadas para seleccionar el ajuste según los criterios de operación. El método NSGA II + BILP produce soluciones más equilibradas, mientras que K means + NSGA II ofrece menor costo computacional. Ambos reducen el tiempo de optimización a segundos o pocos minutos, frente a las horas reportadas en implementaciones previas. (Texto tomado de la fuente)
Abstract
This work develops a methodology for optimizing distance relay settings considering multiple operating scenarios, addressing the inherent trade-off between dependability and security through multi-objective optimization techniques. The methodology integrates three components: automated short-circuit data extraction from DIgSILENT PowerFactory, problem formulation as multi-objective optimization in the polygonal characteristic parameter space, and implementation of two different solution methods to determine relay settings.
The first method, K means + NSGA II, performs operating scenario clustering as a preliminary stage and subsequently optimizes parameters for each group independently. The second method, NSGA II + BILP, implements a bilevel formulation where scenario-to-group assignment is dynamically determined through binary integer linear programming during the evolutionary process, enabling simultaneous optimization of parameters and assignments.
The methodology was validated on two test systems: the IEEE 39-bus system and a real 220 kV transmission system, with more than 14,000 and 24,000 simulated fault scenarios respectively. Both methods generate Pareto fronts that explicitly represent the dependability-security trade-off and provide the engineer with a set of quantified solutions to select the setting according to operating criteria. The NSGA II + BILP method produces more balanced solutions, while K means + NSGA II offers lower computational cost. Both reduce the optimization time to seconds or a few minutes, compared to the hours reported in previous implementations.
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Reles electricos; Electricidad - Dispositivos de distribución; Distribución de energía electrica; 000 - Ciencias de la computación, información y obras generales::003 - Sistemas; 000 - Ciencias de la computación, información y obras generales::004 - Procesamiento de datos Ciencia de los computadores; 620 - Ingeniería y operaciones afines::621 - Física aplicada