Protection Scheme for Optimal Allocation of Green Distributed Generation in Iraqi Distribution Grid

Resumen

La integración de la generación distribuida renovable (GDG) en las redes de distribución (DN) se formuló en respuesta a una mayor eficiencia operativa y a consideraciones de sostenibilidad. Tras la penetración de la GDG, se produjeron alteraciones significativas en características eléctricas importantes, como la corriente de cortocircuito, la corriente de arranque, el perfil de tensión, las pérdidas de potencia y la dirección del flujo de potencia; aumentando la complejidad del diseño del esquema de protección. En este contexto, se llevó a cabo una investigación exhaustiva para determinar la ubicación, cantidad y capacidad óptimas de las penetraciones de la Generación Distribuida Fotovoltaica (PV-GDG) dentro de las DN. El estudio utilizó la técnica de optimización por enjambre de partículas (PSO) y la metodología Newton-Raphson (NR). Además, se han determinado los umbrales térmicos para el funcionamiento de los equipos eléctricos dentro del DN. También, se realizan cálculos para las corrientes de fallo previstas, con el fin de establecer la configuración y coordinación óptimas de los dispositivos de protección (DP) primarios y de reserva empleados en el DN. Se empleó el sistema de pruebas IEEE 33-bus para validar la precisión de los algoritmos y los resultados del programa sobre flujo de potencia, optimización, Factor Límite Térmico (TLF), análisis de cortocircuitos y Curva de Características TiempoCorriente (TCCC) frente a resultados comparables. El proceso ha sido implementado en una simulación práctica y los resultados de la investigación utilizando la red de 11 kV y 0,416 kV usando MATLAB 2022b para la implementación del método de optimización y los cálculos TLF. CYMDist 9.04, por su parte, sirvió de herramienta para la simulación de redes eléctricas. Facilitó la determinación de los resultados del flujo de potencia y de las corrientes de cortocircuito, incluyendo funciones de análisis de coordinación para la representación del TCCC. Este análisis estaba supeditado a los parámetros de las PD, garantizando la robustez y el reajuste adecuado para lograr un funcionamiento óptimo sin intersecciones temporales. Además, el programa PVsyst desempeñó un papel importante en el diseño del PV-GDG para mejorar la precisión de todos los análisis y resultados de la red de distribución iraquí en Bagdad como caso de estudio real. Los resultados del estudio indican que la integración de 4 MW ya sea en un bus óptimamente centralizado de 11 kV o disperso cerca de puntos de carga de consumo de 0,416 kV en la red de alimentación, altera elementos eléctricos críticos. Durante la luz diurna de la Hora de Máximo Sol (PSH), las pérdidas de potencia activa disminuyen (del 9,3% al 40,75%), y el perfil de tensión mejora (del 3,1% al 14,1%). Además, el ajuste de los parámetros (TD, PS, DT, CM y TM) en la nueva configuración y coordinación permite seguir utilizando las mismas PD sin necesidad de sustituirlas. Esto respalda la aplicación de una estrategia de protección resistente eficaz tanto antes como después de integrar PV-GDG en el DN.