Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Teses
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dc.creatorVASCONCELOS, Pedro Henrique Naves-
dc.date.issued2025-05-29-
dc.identifier.citationVASCONCELOS, Pedro Henrique Naves. A framework based on mixed-integer models to support the operation of active distribution systems with invisible ders .2025. 94 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2025.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4306-
dc.description.abstractThe modernization of electric power systems, marked by the widespread deployment of Distributed Energy Resources (DERs), is transforming traditional distribution networks into dynamic, actively managed systems. However, a major operational challenge persists: the limited visibility of unmonitored DERs, hereon referred to as invisible DERs. While critical to future grid flexibility, these resources introduce uncertainty that hampers system observability, operational decision-making, and resilience. This research proposes a novel methodological framework based on mixed-integer optimization models to support the operation of active distribution systems under limited DER observability. The approach focuses on developing equivalent aggregate models for invisible DERs, enabling system operators to infer critical network states—such as voltage magnitudes and branch power flows—using sparse or incomplete measurement data. By formulating the problem as a convex Mixed-Integer Nonlinear Programming (MINLP) task, the methodology allows for strategically placing and sizing equivalent aggregate DER models that best replicate observed system behavior in steady-state. The research introduces a linearized model variant, including Mixed-Integer Linear Programming (MILP) formulation using McCormick relaxations to enhance computational tractability without compromising estimation accuracy. Furthermore, hybrid DER models combining technologies such as photovoltaic generation and battery storage are incorporated to better capture the steady-state behavior of modern distribution networks with invisible hybrid DERs. Comprehensive case studies demonstrate that the proposed framework can accurately estimate unobserved system states even under reduced number of metered buses, achieving low average errors while significantly reducing solution times through linearization techniques. The integration with OpenDSS enables the validation of the implementation in an industry-standard tool of equivalent feeder models with aggregate DER models representing innumerable invisible resources with high numerical accuracy and reduced solution times. Overall, this work advances the state-of-the-art by providing a scalable, data-efficient modeling approach that empowers distribution system operators to maintain reliable and efficient grid operations despite the growing presence of invisible DERs.pt_BR
dc.languageengpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Itajubápt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectDistributed energy resourcespt_BR
dc.subjectEquivalent networkpt_BR
dc.subjectLoad flow calculationpt_BR
dc.subjectOptimizationpt_BR
dc.subjectRadial distribution systemspt_BR
dc.subjectState estimationpt_BR
dc.titleA framework based on mixed-integer models to support the operation of active distribution systems with invisible ders. Uma metodologia baseada em modelos de programação inteira mista para apoiar a operação de sistemas de distribuição ativos com ders invisíveispt_BR
dc.typeTesept_BR
dc.date.available2025-11-04-
dc.date.available2025-11-04T17:43:00Z-
dc.date.accessioned2025-11-04T17:43:00Z-
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/7416417017305619pt_BR
dc.contributor.advisor1SOUZA, Antônio Carlos Zambroni de-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4860175234818683pt_BR
dc.contributor.advisor-co1VENKATESH, Bala-
dc.contributor.advisor-co2TARANTO, Glauco Nery-
dc.description.resumoA modernização dos sistemas elétricos de potência, marcada pela ampla integração de Recursos Energéticos Distribuídos (DERs), está transformando redes de distribuição tradicionais em sistemas dinâmicos e ativamente gerenciados. No entanto, persiste um grande desafio operacional: a visibilidade limitada dos DERs não monitorados, denominados DERs invisíveis. Embora sejam fundamentais para a flexibilidade futura da rede, esses recursos introduzem incertezas que prejudicam a observabilidade do sistema, a tomada de decisões operativas e a resiliência. Esta pesquisa propõe uma estrutura metodológica baseada em modelos de otimização inteira mista para apoiar a operação de sistemas de distribuição ativos sob condições de baixa observabilidade dos DERs. A abordagem concentra-se no desenvolvimento de modelos agregados equivalentes para DERs invisíveis, permitindo que operadores de sistema infiram variáveis críticas—como magnitudes de tensão e fluxos de potência em ramos—utilizando dados de medição esparsos ou incompletos. Ao formular o problema como uma tarefa de Programação Não Linear Inteira Mista (MINLP) convexa, a metodologia permite o posicionamento e dimensionamento estratégico de modelos agregados de DERs que reproduzem o comportamento observado do sistema. A pesquisa também introduz uma variante linearizada do modelo, incluindo uma formulação de Programação Linear Inteira Mista (MILP) utilizando relaxações de McCormick, para aprimorar a tratabilidade computacional sem comprometer a precisão das estimativas. Além disso, modelos híbridos de DERs, combinando tecnologias como geração fotovoltaica e sistemas de armazenamento de energia, são incorporados para representar melhor o comportamento em regime permanente de redes de distribuição modernas com DERs invisíveis híbridos. Diversos estudos de caso demonstram que a estrutura proposta é capaz de estimar variáveis de estado ausentes de forma precisa mesmo em cenários de escassez de dados, alcançando baixos erros médios enquanto reduz significativamente os tempos de solução por meio das técnicas de linearização. A integração com o OpenDSS possibilita a validação da implementação em uma ferramenta-padrão da indústria, comprovando a precisão numérica elevada e a redução dos tempos de solução na modelagem de alimentadores equivalentes com DERs agregados representando inúmeros recursos invisíveis. De forma geral, este trabalho avança o estado da arte ao oferecer uma abordagem de modelagem escalável e eficiente em dados, que capacita operadores de sistemas de distribuição a manter operações confiáveis e eficientes mesmo diante do crescente número de DERs invisíveis.pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentIESTI - Instituto de Engenharia de Sistemas e Tecnologia da Informaçãopt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Elétricapt_BR
dc.publisher.initialsUNIFEIpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELÉTRICApt_BR
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