Optimal power flow for unbalanced distribution networks : a bibliographical study

Power flow analysis is a very important and basic tool for analyzing any power system as it is used in the planning and design stages as well as during the operational stages. The traditional distribution system is changing and becoming more important during the time. This thesis represents step by step the evolution of distribution system and the required models that are suitable for unbalanced three-phase distribution system. Distribution networks are typically unbalanced due to loads being unevenly distributed over the three phases and un-transposed lines. So, these developments in distribution grids including the increased penetration of distributed energy resources require the distribution system operator to apply new methods and tools to solve the system equations for cost effective and secure power supply. Consequently, to achieve this goal it is required to do optimization in system, and to do so, in this work the OPF approaches in distribution system reviewed from different perspectives and the main approaches are compared in terms of Objective Functions (OFs), constraints, algorithms, as well as computational performances. In this thesis, we are seeking to study different types of unbalanced power flow equations with focusing on the methods that are more suitable for distribution grids and low voltages. Studying different power flow equations and algorithms with the aim of comparison to make a good choice for finding the best method for optimization. Finally, this thesis reviews the optimization in unbalanced distribution system and methods that are used in different papers to optimize the distribution system operation and its components. Till this time, there are some authors that have been presented different new models, formulations and algorithms that should be studied and compared. This work tries to represent the methods and algorithms of each paper and to have a comparison among these different approaches.

L'analisi del power flow è uno strumento molto importante e fondamentale per l'analisi di qualsiasi sistema elettrico di potenza utilizzato nelle fasi di pianificazione e progettazione e durante le fasi operative. Il sistema di distribuzione tradizionale sta cambiando e sta diventando più importante nel tempo. Questa tesi descrive passo dopo passo l'evoluzione dei sistemi di distribuzione e dei modelli matematici adatti allo studio dei sistemi di distribuzione trifase squilibrato. Le reti di distribuzione sono in genere squilibrate a causa di carichi distribuiti in modo non uniforme sulle tre fasi e sulle linee non trasposte. Pertanto, questi sviluppi nelle reti di distribuzione, inclusa l'accresciuta penetrazione delle risorse energetiche distribuite, richiedono al gestore del sistema di distribuzione di applicare nuovi metodi e strumenti per risolvere le equazioni di sistema. Di conseguenza, per raggiungere questo obiettivo è necessario fare un'ottimizzazione nel sistema, e per farlo, si rivedono gli strumenti al OPF applicate alle reti di distribuzione da diverse prospettive e gli approcci principali sono confrontati in termini di funzioni obiettivo (OF), vincoli, algoritmi, così come le prestazioni computazionali. In questa tesi, si analizzano diversi tipi di modelli Power flow trifase concentrandoci sui metodi più adatti per le reti di distribuzione in basse tensioni. Al fine di individuare quali approcci si prestano per essere adottati in modelli di OPF e ORPF. Infine, questa tesi esamina l'ottimizzazione del sistema di distribuzione squilibrato e i metodi utilizzati in diversi tipi di lavori per ottimizzare il funzionamento del sistema di distribuzione e i suoi componenti seguendo un’analisi comparativa tra essi.