Επέκταση Δικτύου Διανομής με χρήση Γενετικού Αλγόριθμου μέσω της βέλτιστης τοποθέτησης Υποσταθμού ΥΤ

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί ο σχεδιασμός της επέκτασης ενός δικτύου διανομής, λόγω της αύξησης της ζήτησης φορτίου. Η επέκταση του δικτύου έγινε μέσω της εγκατάστασης νέου Υποσταθμού ΥΤ, με χρήση Γενετικού Αλγόριθμου. Για την διαδικασία της βελτιστοποίησης με χρήση του Γενετικού Αλγόριθμου, χρησιμοποιήθηκε το Optimization Tool της Matlab R2011a και για την επίλυση ροών φορτίου των εκάστοτε δικτύων χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό Matpower (έκδοση 4.1), ένα λογισμικό του Matlab για την επίλυση ροών φορτίου και βέλτιστων ροών φορτίου. Αρχικά, το δίκτυο διανομής που χρησιμοποιήθηκε, κωδικοποιήθηκε κατάλληλα για να είναι δυνατή η επεξεργασία του από τον Γενετικό Αλγόριθμο. Στη συνέχεια, υλοποιήθηκε η προς ελαχιστοποίηση αντικειμενική συνάρτηση και λόγω της αδυναμίας των προϋπαρχόντων επιλογών της Matlab, να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις του προβλήματος, σχεδιάστηκαν και υλοποιήθηκαν κατάλληλες συναρτήσεις για τις λειτουργίες Mutation και Crossover του Γενετικού Αλγόριθμου. Ακολούθησε η διαδικασία της βελτιστοποίησης, η οποία υπέδειξε την βέλτιστη λύση για την τοποθέτηση του νέου Υποσταθμού ΥΤ και τη σύνδεσή του με το εξεταζόμενο δίκτυο διανομής. Η λύσης αυτή αποτελεί το ολικό βέλτιστο (ελάχιστο) του προβλήματος, κάτι που εξακριβώθηκε με την υλοποίηση ενός απλού και αρκετά αργού ευρετικού αλγόριθμου, ο οποίος εξέτασε όλες τις πιθανές λύσεις και επέστρεψε τις βέλτιστες. Στη συνέχεια, μετά την εύρεση της θέσης εγκατάστασης του νέου Υποσταθμού ΥΤ, χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό Matpower 4.1 στο περιβάλλον της Matlab, για την προσομοίωση του δικτύου διανομής και την επίλυση ροών φορτίου για δύο πιθανά σενάρια. Το πρώτο σενάριο αφορούσε την ύπαρξη ενός δικτύου διανομής χωρίς διεσπαρμένη παραγωγή, με έναν εγκατεστημένο Υποσταθμό ΥΤ. Το δεύτερο σενάριο αφορούσε την ύπαρξη του ίδιου δικτύου διανομής με τον αρχικά εγκατεστημένο Υποσταθμό ΥΤ, αυτή τη φορά με διεσπαρμένη παραγωγή σε όλη την έκταση του δικτύου. Για τα δύο αυτά σενάρια έγινε η υπόθεση αύξησης φορτίου σε τέτοια επίπεδα , που το υπάρχον δίκτυο αδυνατούσε λειτουργώντας εντός ορίων τάσης και απωλειών ισχύος, να καλύψει. Μετά την επίλυση ροών φορτίου για τα δύο παραπάνω σενάρια – δίκτυα ώστε να εξακριβωθεί η αποκατάσταση της σωστής λειτουργίας του δικτύου μετά την εγκατάσταση του νέου Υποσταθμού ΥΤ, έγινε σύγκριση των επιπέδων αύξησης φορτίου της κάθε περίπτωσης για τα οποία απαιτήθηκε η ύπαρξη επιπλέον Υποσταθμού.

The purpose of this diploma thesis is the planning of the expansion of a distribution network, due to a load growth. The distribution network was expanded by optimally sitting a new High Voltage Substation and the optimization method which was chosen is Genetic Algorithm. The Optimization Tool of Matlab R2001a was implemented in order to run the Genetic Algorithm and the power flow problem of the network was solved with the Matpower software (version 4.1), which is a Matlab software for solving the power flow and optimal power flow problems. Initially, the distribution network was encoded properly in order to be able to be processed by the Genetic Algorithm. After that, the objective function was created and due to the fact that the existing functions for Mutation and Crossover did not meet the problem requirements, new ones were designed and developed. The optimization procedure followed and the optimal solution for the sitting of the new High Voltage substation and its connection to the distribution system, was indicated. This solution is the global optimal one for this optimization problem and this was confirmed by a simple and really slow heuristic algorithm, which went over all the possible solutions of the problem and returned the optimal ones. Then, after the indication of the suitable sitting of the High Voltage Substation, Matpower software was used in order for the distribution network to be simulated and the power flow problems to be solved, for two possible scenarios. The first scenario concerned a distribution network without distributed generation, with only one High Voltage Substation sited. The second one concerned the same distribution network with distributed generation throughout this network. For these two scenarios, a load growth was considered which was not able to be met by the distribution system with the adequate functionality ( the proper voltage levels and power losses). Finally, after solving these two network cases so that the right operation is restored after the sitting of the new High Voltage Substation, a comparison was made between the two scenarios and the voltage level a new High Voltage Substation should be sited in each case.