Optimal black-start sequence of distributed generation

Abstract

Pese a que los sistemas eléctricos modernos se operan de la manera más fiable posible, siempre existen riesgos de posibles averías o apagones. Después de que ocurran este tipo de averías, la energía del sistema debe ser restaurada aplicando un método de restauración conocido como secuencia de arranque en negro o secuencia black-start, donde la energía se recupera conectando la generación y la demanda secuencialmente hasta alcanzar el funcionamiento normal de la red. Se formula un problema de optimización donde la maximización de la recuperación de la carga es el objetivo principal, y se consideran restricciones que involucran el flujo de energía o restricciones operativas de la red, así como restricciones relacionadas con el funcionamiento y la reconexión de la generación y las cargas. Se formula un comportamiento de cargas conocido como Cold Load Pickup, además del comportamiento estándar de las cargas durante la secuencia de reconexión. La formulación propuesta se resuelve como un modelo de Mixed-Integer linear programming. El problema formulado se valida a través de un ejemplo de sistema de distribución donde los interruptores, la generación distribuida y el comportamiento de la reconexión de cargas proporcionan diferentes posibilidades de restauración. Se estudiará una comparación entre ambas formulaciones de reconexión de carga, así como un análisis de sensibilidad para concluir cómo los parámetros de la formulación del Cold Load Pickup afectan a la secuencia de restauración de la red.

Although modern power systems are operated as reliably as possible, there are always risks of possible outages. After the occurrence of these kinds of outages occur the power of the system needs to be restored by applying a restoration method known as black-start sequence where power is recovered by connecting generation and demand sequentially until reaching the normal functioning of the network. An optimization problem is formulated where the maximization of the load-recovery is the main objective, constraints involving power flow or operational constraints of the proper network are considered as well as constraints that have to do with the functioning and the reconnection of generation and loads. A load behavior known as Cold Load Pickup is formulated in addition to the standard behavior of loads during the reconnection sequence. The proposed formulation is solved as a Mixed-Integer Linear Programming model. The formulated problem is validated through an example of distribution system where remote-controlled switches, distributed generation and load reconnection behavior provide different restoration possibilities. A comparison between both load-reconnection formulation will be studied as well as a sensitivity analysis in order to conclude how do the parameters of the Cold Load Pickup formulation affect the restoration sequence of the grid.