Generación distribuida y asignación de condensadores shunt en redes de distribución radiales mediante un enfoque híbrido de optimización

Mantener las luces encendidas de forma más eficiente

A medida que nuestros hogares, oficinas y fábricas conectan más dispositivos y adoptan vehículos eléctricos y paneles solares en las azoteas, los cables del vecindario que suministran electricidad se están llevando al límite. Este artículo explora cómo las empresas eléctricas pueden ubicar pequeñas fuentes locales de energía y dispositivos electrónicos sencillos a lo largo de sus líneas de distribución para que se desperdicie menos energía en forma de calor, las tensiones se mantengan dentro de límites seguros y los costes operativos disminuyan, todo ello sin reconstruir la red por completo.

Pequeñas centrales en tu vecindario

Los sistemas eléctricos tradicionales dependen de unas pocas centrales grandes que envían energía a largas distancias. Hoy en día, sin embargo, muchas redes se están convirtiendo en redes “inteligentes” que incorporan fuentes de energía más pequeñas, conocidas como generación distribuida (GD). Estas pueden ser campos solares, aerogeneradores o unidades compactas de gas situadas más cerca de donde se consume la electricidad. Al estar próximas a hogares y negocios, las unidades de GD pueden reducir drásticamente la energía perdida en las líneas y mejorar la fiabilidad del suministro, especialmente en regiones de rápido crecimiento.

Por qué importan los condensadores simples

Junto a estos pequeños generadores, las compañías pueden instalar condensadores shunt—dispositivos relativamente baratos que ayudan a equilibrar el flujo de energía suministrando lo que los ingenieros llaman potencia reactiva. Aunque ese término suene técnico, la idea es sencilla: cuando muchos motores y electrodomésticos están en funcionamiento, tiran de la tensión, provocando una caída. Los condensadores actúan como amortiguadores, empujando para mantener las tensiones dentro de un rango saludable. Colocados en los puntos adecuados, reducen pérdidas y ayudan a evitar parpadeos o problemas en equipos en los extremos de líneas largas y muy cargadas.

Búsqueda inspirada en la naturaleza para las mejores ubicaciones

Encontrar la mejor combinación de ubicaciones y tamaños de GD y colocaciones de condensadores en una red real es demasiado complejo para intentarlo manualmente. Este estudio presenta un método de búsqueda híbrido llamado Algoritmo Híbrido Ballena–Águila Pescadora (HWOA), inspirado en cómo cazan las ballenas y las águilas pescadoras. La parte “ballena” realiza una búsqueda amplia y global entre muchas configuraciones posibles, mientras que la parte “águila pescadora” se concentra en pulir finamente los candidatos prometedores. Al combinar estos dos comportamientos, el método evita quedar atrapado en soluciones subóptimas y puede manejar varios objetivos a la vez: reducir pérdidas, mantener las tensiones cerca de su nivel deseado y limitar los costes operativos.

Pruebas en modelos de red realistas

Los autores probaron su enfoque híbrido en tres modelos de sistemas de distribución ampliamente usados, que contienen 33, 69 y 118 puntos de conexión, o barras. Compararon casos sin equipos añadidos, solo con GD, solo con condensadores y con diferentes combinaciones de ambos. Cuando una única GD y un único condensador se colocaron de forma óptima en el sistema de 33 barras, la pérdida total de potencia activa se redujo en más de tres cuartas partes, y la tensión en el peor caso aumentó de algo más del 90% del nivel objetivo a más del 97%. Con dos GD y dos condensadores, las pérdidas disminuyeron casi un 90%. Patrones similares aparecieron en las redes de 69 y la mucho mayor de 118 barras: múltiples generadores pequeños bien ubicados y condensadores redujeron drásticamente las pérdidas y elevaron la tensión mínima, demostrando que el método escala a redes complejas.

Manejo de la incertidumbre y objetivos múltiples

Los sistemas eléctricos reales enfrentan demandas que cambian constantemente, por lo que el equipo también sometió su método a tensión aumentando las cargas de la red muy por encima de sus valores normales. Incluso bajo esta operación más intensa y más incierta, la colocación coordinada de GD y condensadores mediante el algoritmo híbrido mantuvo las tensiones por encima de umbrales críticos y siguió logrando reducciones de pérdidas significativas. En pruebas adicionales, el método equilibró varios objetivos a la vez—minimizar pérdidas, limitar las oscilaciones de tensión y reducir el coste operativo global. Encontró soluciones que recortaron las pérdidas en más de la mitad y mejoraron la calidad de la tensión, manteniendo al mismo tiempo aumentos de coste moderados en comparación con disposiciones menos eficientes.

Qué significa esto para la red del futuro

Para los no especialistas, la conclusión es clara: combinando muchas pequeñas fuentes de energía con dispositivos de apoyo sencillos, y usando software inteligente inspirado en la naturaleza para decidir dónde deben ir, las compañías pueden extraer mucho más rendimiento de los cables existentes. El método híbrido propuesto Ballena–Águila Pescadora superó de forma consistente a varias técnicas de optimización bien conocidas, especialmente en problemas grandes y difíciles, y se mantuvo estable incluso cuando los patrones de demanda eran inciertos. Enfoques como este pueden ayudar a las redes eléctricas modernas a reducir el desperdicio, mantener las tensiones estables e integrar más energía renovable, todo ello mientras se retrasan costosas mejoras de infraestructura.

Cita: Sundar, R., Ashokaraju, D., Dharmaraj, T. et al. Distributed generation and shunt capacitor allocation in radial distribution power networks using a hybrid optimization approach. Sci Rep 16, 6299 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37713-6

Palabras clave: red inteligente, generación distribuida, reducción de pérdidas, control de tensión, optimización metaheurística