Reconfiguración óptima de redes de distribución con generación renovable mediante el algoritmo híbrido cuántico-clásico qaoa para minimización de pérdidas de potencia

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Title: Reconfiguración óptima de redes de distribución con generación renovable mediante el algoritmo híbrido cuántico-clásico qaoa para minimización de pérdidas de potencia
Authors: Bosmediano Yánez, José Luis
Advisor: Orizondo Martínez, Rogelio Alfredo
Abstract: This work presents a quantum-classical hybrid approach for the optimal reconfiguration of distribution networks with renewable generation, integrating the QAOA algorithm with the nonlinear AC power flow. The methodology transforms the combinatorial problem of 32 configurations of the IEEE 33-bus system into a QUBO formulation of 15 parameters through exhaustive evaluation by Newton-Raphson, maps the coefficients to the Ising Hamiltonian, and executes the variational optimization through a quantum circuit of unit depth. The algorithm identifies in 1.36 seconds the configuration that closes the tie- switches SW34 and SW37, establishing an alternative radial topology that reduces the active losses from 282.938 kW to 95.773 kW, equivalent to 66.15% improvement. The solution presents a deviation of 9.98% with respect to the global optimum, raises the minimum voltage to 0.9531 p.u. complying with the IEEE 1547 normative limits, and redistributes the flows reducing the main current from 246 A to 141 A. The synergy between the distributed generation and the quantum reconfiguration achieves an efficiency of 78.0%, demonstrating that QAOA overcomes the limitations of the premature convergence of the classical metaheuristics in reconfiguration problems with nonlinear constraints.
Translated abstract: Este trabajo presenta un enfoque híbrido cuántico-clásico para la reconfiguración óptima de redes de distribución con generación renovable, integrando el algoritmo QAOA con el flujo de potencia AC no lineal. La metodología transforma el problema combinatorio de 32 configuraciones del sistema IEEE 33-barras en una formulación QUBO de 15 parámetros mediante la evaluación a detalle por Newton- Raphson, mapea los coeficientes al Hamiltoniano de Ising, y ejecuta la optimización variacional mediante un circuito cuántico de profundidad unitaria. El algoritmo identifica en 1.36 segundos la configuración que cierra los tie-switches SW34 y SW37, estableciendo una topología radial alternativa que reduce las pérdidas activas de 282.938 kW a 95.773 kW, equivalente al 66.15% de mejora. La solución presenta una desviación del 9.98% respecto al óptimo global, eleva el voltaje mínimo a 0.9531 p.u. cumpliendo los límites normativos IEEE 1547, y redistribuye los flujos reduciendo la corriente troncal de 246 A a 141 A. La sinergia entre la generación distribuida y la reconfiguración cuántica alcanza una eficiencia del 78.0%, demostrando que QAOA supera las limitaciones de la convergencia prematura de las metaheurísticas clásicas en problemas de reconfiguración con restricciones no lineales.
Keywords: ELECTRICIDAD
OPTIMIZACIÓN MATEMÁTICA
DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA
GENERACIÓN ELÉCTRICA
ALGORTIMOS
ENERGÍA ELÉCTRICA
Issue Date: Mar-2026
URI: http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/32513
Language: spa
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