Planowanie rozmieszczenia i oceny napędów oraz transformatorów dla sieci dystrybucyjnych napięcia niskiego i średniego

Alokacja i rozmiary transformatorów dystrybucyjnych oraz linii zasilających

Planowanie sieci dystrybucyjnej jest w dużej mierze charakteryzowane przez alokację i rozmiary transformatorów dystrybucyjnych. Lokalizacja tych transformatorów bezpośrednio dyktuje długość i trasę linii zasilających o napięciu średnim (MV) i niskim (LV). Dlatego lokalizację i moc transformatorów, jak również długość i wielkość linii zasilających MV i LV, należy określić w zharmonizowany sposób.

Aby osiągnąć to, niezbędny jest proces optymalizacji. Ma on na celu nie tylko obniżenie kosztów inwestycyjnych związanych z transformatorami i liniami zasilającymi, ale także minimalizację kosztów strat i maksymalizację niezawodności systemu. Ograniczenia takie jak spadek napięcia i prąd linii muszą być utrzymane w standardowych zakresach.

W przypadku planowania sieci niskiego napięcia (LV), kluczowe zadania to określenie lokalizacji i mocy transformatorów dystrybucyjnych oraz linii zasilających LV. Celem jest zmniejszenie zarówno inwestycji w te elementy, jak i strat liniowych.

Co do planowania sieci średniego napięcia (MV), skupia się ono na precyzyjnym określeniu lokalizacji i rozmiarów podstacji dystrybucyjnych oraz linii zasilających MV. Cel polega na minimalizacji kosztów inwestycyjnych, a także strat liniowych i wskaźników niezawodności takich jak SAIDI (Średni Czas Przerwy w Dostawie Energii) i SAIFI (Średnia Częstotliwość Przerw w Dostawie Energii).

Podczas procesu planowania, należy spełnić wiele ograniczeń.

Napięcie węzła, jako kluczowe ograniczenie, powinno być utrzymane w standardowym zakresie. Rzeczywisty prąd linii musi być niższy od nominalnego prądu linii. Wzmocnienie profilu napięcia, redukcja strat liniowych i poprawa niezawodności systemu są głównymi zmartwieniami w planowaniu sieci dystrybucyjnej, szczególnie w półmiejskich i wiejskich obszarach.

Instalacja kondensatorów jest innym sposobem, który znacznie zwiększa poziom napięcia i redukuje straty liniowe. Regulatory Napięcia (VRs) są również powszechnie stosowanymi elementami do pokrycia tych problemów.

Niezawodność jest kluczowym zmartwieniem w planowaniu sieci dystrybucyjnej. Długie linie dystrybucyjne zwiększają prawdopodobieństwo awarii linii, co prowadzi do obniżenia niezawodności systemu. Instalacja przekładni krzyżowych (CC) jest skuteczną metodą zmniejszenia tego problemu.

Dyspersyjne generatory (DG) mogą wprowadzać aktywną i bierną moc, co pomaga obniżyć wskaźniki niezawodności i poprawić profil napięcia. Jednak wysokie koszty inwestycyjne odstraszają inżynierów energetyków przed szerokim wdrożeniem.

Z uwagi na dyskretną i nieliniową naturę problemu alokacji i rozmiarów, funkcja celu ma wiele lokalnych minimum. To podkreśla znaczenie wyboru odpowiedniej metody optymalizacji.

Metody optymalizacji są głównie podzielone na dwie grupy:

• Metody oparte na analizie.

• Metody heurystyczne.

Metody analityczne są efektywne obliczeniowo, ale mają trudności z efektywnym radzeniem sobie z lokalnymi minimami. Aby rozwiązać problem lokalnych minimów, w literaturze szeroko stosowane są metody heurystyczne.

W tym badaniu zostaną zaimplementowane zarówno metody analityczne, jak i heurystyczne w Matlab. Jako podejście analityczne zostanie użyta Dyskretna Nieklasyczna Programowanie Nieliniowe (DNLP), a jako podejście heurystyczne - Dyskretna Optymalizacja Rojem Cząstek (DPSO).

Biorąc pod uwagę wzrost obciążeń i poziomy szczytowe, jest to kolejny kluczowy czynnik, który należy wziąć pod uwagę podczas procesu planowania.