Βέλτιστη τοποθέτηση σταθμών ταχείας φόρτισης με χρήση PCLONALG και βέλτιστης ροής φορτίου

Abstract

Σε έναν κόσμο όπου τα ζητήματα της προστασίας του περιβάλλοντος και της εξοικονόμησης ενέργειας προκαλούν εντεινόμενες ανησυχίες, η ανάπτυξη των ηλεκτρικών και των υβριδικών οχημάτων συντελείται με συνεχώς επιταχυνόμενο ρυθμό. Το όνειρο της ύπαρξης εμπορικά βιώσιμων ηλεκτρικών/υβριδικών οχημάτων γίνεται πραγματικότητα καθώς αυτά γίνονται σταδιακά διαθέσιμα. Οι προηγμένες τεχνολογίες χρησιμοποιούνται με σκοπό την αύξηση της αυτονομίας αυτών των οχημάτων και τη μείωση του κόστους τους. Στο πλαίσιο αυτό γίνεται απαραίτητη και η εγκατάσταση των κατάλληλων υποδομών φόρτισης ώστε να επιτευχθεί η αυξημένη διείσδυση των ηλεκτρικών οχημάτων στην αγορά. Ο σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η εύρεση της βέλτιστης θέσης εγκατάστασης ενός αριθμού σταθμών ταχείας φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων σε ένα δίκτυο διανομής, με τεχνικά κριτήρια, και η παραγωγή των διεσπαρμένων μονάδων του δικτύου στη βέλτιστη περίπτωση. Ειδικότερα, μελετάται η βέλτιστη τοποθέτηση των σταθμών φόρτισης στο δίκτυο ώστε να επιτευχθεί η ελαχιστοποίηση των απωλειών ενεργού ισχύος καθώς και η ελαχιστοποίηση των μεταβολών της τάσης των ζυγών. Στα πλαίσια αυτής της εργασίας, τροποποιήθηκε κατάλληλα και χρησιμοποιήθηκε ο αλγόριθμος PCLONALG ο οποίος είναι ένας υβριδικός αλγόριθμος που συνδυάζει στοιχεία από τον αλγόριθμο επιλογής των κλώνων (Clonal Selection Algorithm) και τον αλγόριθμο βελτιστοποίησης ατόμων σμήνους (Particle Swarm Optimization Algorithm). Στο κεφάλαιο 1 γίνεται μια εισαγωγή στη διεσπαρμένη παραγωγή και τις ανανεώσιμες μορφές ενέργειας, παρουσιάζονται συνοπτικά οι διάφοροι τύποι τεχνολογίας της και παραθέτονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά της. Επιπλέον, γίνεται αναφορά στα ηλεκτρικά οχήματα και την είσοδό τους στην αγορά, παρουσιάζονται οι διάφοροι τύποι οχημάτων και τα είδη φόρτισής τους και παραθέτονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της χρήσης και της διείσδυσής τους στην αγορά. Στο κεφάλαιο 2 γίνεται αναφορά στα τεχνητά ανοσοποιητικά συστήματα και περιγράφονται αναλυτικά η θεωρία επιλογής των κλώνων και η βελτιστοποίηση ατόμων σμήνους μαζί με τους αντίστοιχους αλγορίθμους. Στη συνέχεια, αναλύεται ο υβριδικός αλγόριθμος PCLONALG και εξηγείται λεπτομερώς το πρόβλημα της βέλτιστης ροής φορτίου καθώς και οι μέθοδοι επίλυσής του. Στο κεφάλαιο 3 παρουσιάζεται το λογισμικό MATPOWER το οποίο χρησιμοποιήθηκε για την εκτέλεση των απλών ροών και των βέλτιστων ροών φορτίου του προβλήματος. Στο κεφάλαιο 4 επεξηγείται το πρόβλημα που πραγματεύεται η παρούσα εργασία καθώς και το πώς δομείται ο τροποποιημένος αλγόριθμος PCLONALG. Το κεφάλαιο 5 περιλαμβάνει τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων που εκτελέστηκαν

In a world where environment protection and energy conservation are growing concerns, the development of EVs/HEVs has taken on an accelerated pace. The dream of having commercially viable electric/hybrid vehicles is becoming a reality as EVs/HEVs are gradually becoming available. Many advanced technologies are employed to extend driving range of electric vehicles and reduce their cost. In this context, the installation of the appropriate charging infrastructure becomes necessary in order to achieve increased market penetration of electric vehicles. The purpose of the present thesis is to find the optimal location of a specific number of electric vehicle fast charging stations in a distribution network, considering technical criteria, and the corresponding production of network’s dispersed units at this optimal case. In particular, this thesis examines the optimal placement of electric vehicle charging station in order to achieve minimum active power losses and to minimize bus voltage fluctuation. As part of this thesis, the algorithm that has been used is the PCLONALG algorithm which was previously properly modified. The PCLONALG algorithm is a hybrid algorithm that combines elements of the clonal selection algorithm and the particle swarm optimization algorithm. Chapter 1 gives an introduction to distributed generation and renewable energy sources, summarizes the main types of distribution technology and lists it’s advantages and disadvantages. Furthermore, reference is made in electric vehicles and their entry to the market, the various vehicle types and their charging methods. The advantages and disadvantages of their usage and their market penetration are also listed. Chapter 2 refers to the artificial immune systems and there is a detailed description of clonal selection theory and particle swarm optimization theory with the corresponding algorithms. Then, an overview of the PCLONALG hybrid algorithm is given and the optimal power flow problem and it’s solving methods are explained in detail. Chapter 3 presents the MATPOWER software which was used for the execution of simple and optimal power flows of the problem. Chapter 4 presents the specific problem of the present thesis and explains the way the modified PCLONALG algorithm is structured. Chapter 5 contains the results of the simulations performed while in Chapter 6 a sensitivity analysis of the algorithm is performed.