Modelling and Optimal Operation of Electric Distribution Network

Matija ZidarACROSS Colloquium

14.12.2012.

Elektroenergetski sustav

Distribucijska mrežaDistribucijska mreža

Distribucijska mreža Stalni nadzor i upravljanje

Distribucijska mreža

Električna energija◦ Potrošnja = Proizvodnja◦ Snaga ≠ Energija◦ Uvijek dostupna

U slučaju kvara što prije osigurati rezervni smjer napajanja

◦ Zadovoljavajuće kvalitete Napon ±10% nazivne razine Frekvencija ±0,1% Simetrija THD

Problem:

Gdje proizvesti el. Energiju?◦ Centralizirana proizvodnja

Gubici prijenosa i transformacije Jedan smjer napajanja

◦ Distribuirana proizvodnja Nema gubitaka prijenosa i transformacije Mogu djelovati negativno na kvalitetu i gubitke Složeno vođenje mreže

Dvostruki smjer energije Podešenje zaštite Upravljanje na niskom naponu (prekidač za odvajanje,...)

Planiranje u EES

Gdje i koliko će se trošiti?◦ Predviđanje potrošnje

Geografski Vremenski (pojava potrošača)

◦ Određivanje karaktera potrošnje Prije: max snaga Koliko snage u koje doba dana Novi tipovi potrošača

Električna vozila ...

Planiranje u EES

Doprema energije od proizvođača do potrošača?◦ Gdje smjestiti transformatorske stanice

Spoj prijenos – distribucija Spoj SN – NN

◦ Koja snaga transformatorske stanice Korisnost (gubici) ovisni o opterećenju Rok investicije - 40 godina

◦ Kako rasplesti vodove? Zadovoljenje tehničkih kriterija

Snaga vodiča i TR Dozvoljena odstupanja u kvaliteti

Što manji gubici energije

Planiranje u EES

Kratkoročno◦ Optimira se trošak vođenja mreže

Min gubici Izbjegavanje preopterećenja

◦ Na postojećoj mreži ◦ Promjenom stanja uklopnih aparata

◦ Do sada nije bilo toliko bitno Jednosmjerno napajanje Predvidljivi potrošači Nije bilo upravljivih elemenata u mreži

Planiranje razdjelne mreže

Dugoročno◦ Optimira se trošak izgradnje i trošak vođenja

mreže Izračunaju se troškovi izgradnje veze između svaka

dva potrošača Traži se optimalna mreža

◦ Uz uvažavanje postojećeg stanja Postojeći kabeli Trase Koridori

Planiranje razdjelne mreže

Dugoročno◦ Dva temeljna algoritma

Problem topologije mreže Kombinatorni NP hard Heurističke metode - EA, ACO, SA,…

Ocjena kvalitete rješenja Ocjena tehničke ispravnosti mreže Izračun gubitaka energije Izračun očekivanih prekida napajanja ...

Planiranje razdjelne mreže

U slučaju kvara potrebno je osigurati rezervni smjer napajanja

U pogonu su sve radijalne

Topologija razdjelne mreže

Radijalna mreža Povezna mrežaPrstenasta mreža

Topologija razdjelne mreže

Mreža s protustanicom Mreža s međustanicom

Na kvalitetu EE dominantno utječe lokalna mreža i njeni korisnici

Napon◦ Velika opterećenja ili loša mreža -> velik pad

napona◦ Distribuirana proizvodnja

Nesimetrija◦ Jednofazni i dvofazni potrošači◦ Jednofazni proizvođači (mali inverteri)

THD◦ Elektronički elementi (ispravljači, izmjenjivači,…)

Kvaliteta električne energije

Distribuirana proizvodnja◦ Ne nužno obnovljivi izvori◦ Unutar distribucijske mreže

Utjecaj na mrežu◦ Strujno - naponske prilike

± promjena smjera energije Nadogradnja zaštitnih uređaja Nadogradnja sustava upravljanja

± gubici ± preopterećenja

Utjecaj DG na razdjelnu mrežu

Smanjenje gubitakaR

I

PL=R.|I|2PL

(kW)

hour6 12 18 24

TSI-I’

PL’=R.(|I-I’|)2

DG ~I’

I

Ograničenje snage voda

P

(kW)

sati6 12 18 24

S=P+jQTSS

S

S’S-S’

DG ~

Utjecaj na napon

Napon p.u.

1 p.uVmin

TS distribucijski vod

VmaxDG~

DG prijatelj ili neprijatelj

0pu 1pu1pu

2pu

1pu

EES

VG

2pu 1pu

DG prijatelj ili neprijatelj

Poboljšane naponske prilike Povećani gubici u mreži

0pu 1pu1pu

2pu

1pu

EES

VG

4pu 1pu

6pu

Computer Aided Design of Distribution Network

Primjenjuje se u HEP-u prilikom planiranja mreže◦ Moguća primjena i kod prelaska na 20 kV

CADDiN

AutoCAD Map Module

Priprema geografskih podatakaIzračun troška povezivanja (topološki upit)

CADDiN Optimization

Evolucijski algoritamTSP, MVRPRazne topologije

AutoCAD Map Module

Prikaz dobivenog rješenja na geografskoj podlozi

Rezultat optimiranja mreže

Dnevne krivulje opterećenja◦ Klasični potrošači predvidljivi

CADDiN i DG

Dnevne krivulje opterećenja◦ Distribuirana proizvodnja

(Predvidiva) Fosilna goriva Bioplin, biomasa,... CHP

Zadovoljenje vlastitih potreba Tržište

Nepredvidiva Varijabilni izvori

Sunčane elektrane Vjetroelektrane

CADDiN i DG

Dnevne krivulje opterećenja◦ Npr. 15 minutni interval

96 proračuna za karakteristični dan Bolji uvid u stanje mreže od max. opterećenja

◦ Problem predviđanja proizvodnje DG Stohastičke metode? Tržišni mehanizmi

◦ Pojava električnih vozila Snaga punjača (brzi-spori) V2G

Upravljivi potrošači i proizvođači

CADDiN i DG

Neizraziti brojevi◦ Snage potrošača i proizvođača◦ Proizvodnja – negativna potrošnja

11 alfa presjeka

CADDiN i DG

Aritmetričke operacije◦ Intervalna aritmetika

CADDiN i DG

Snage radijalnih izvoda:

Za proračune potreban realan broj

CADDiN i DG