Επαναδιαμόρφωση Ηλεκτρικών Δικτύων Διανομής μέσω Διακοπτών με Γενετικό Αλγόριθμο

Abstract

Τα Δίκτυα Διανομής (ΔΔ) ηλεκτρικής ενέργειας αποτελούν τις συνιστώσες των Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας με τη μεγαλύτερη πολυπλοκότητα. Τα ΔΔ είναι συνέχεια του Δικτύου Μεταφοράς προς την κατεύθυνση της κατανάλωσης και περιλαμβάνουν ένα σύνολο από εναέριες και υπόγειες γραμμές, καθώς και τους υποσταθμούς υποβιβασμού τάσης. Στην παρούσα Διπλωματική Εργασία εξετάζεται κυρίως η επαναδιαμόρφωση βροχοειδών, ατρακτοειδών, ή συνδυασμό των δύο, υπόγειων καλωδιακών ΔΔ μέσης τάσης, όσον αφορά τον ανασχηματισμό των ακτινικών δικτύων λειτουργίας τους, μέσω χειρισμών των διακοπτών, υπό κανονικές συνθήκες. Ο ανασχηματισμός αυτός συμβάλει στην ελαχιστοποίηση των ωμικών απωλειών, οι οποίες εξαρτώνται από το μέγεθος των φορτίων. Οι τιμές των φορτίων που λαμβάνονται στους υπολογισμούς μπορεί να είναι μηνιαίες προβλέψεις των φορτίων αιχμής. Το πρόβλημα της Επαναδιαμόρφωσης ΔΔ μέσω Διακοπτών ανήκει στην κατηγορία προβλημάτων βελτιστοποίησης, ακέραιου, γραμμικού ή μη γραμμικού προγραμματισμού. Το πρόβλημα αυτό επιλύεται στην εργασία αυτή με τη βοήθεια του Γενετικού Αλγορίθμου (ΓΑ). Ειδικότερα, όλα τα εφικτά και μη, ακτινικά δίκτυα λειτουργίας περιγράφονται από δυαδικές συμβολοσειρές τις οποίες καλείται ο ΓΑ να επεξεργαστεί και να αξιολογήσει. Ο υπολογισμός των ωμικών απωλειών ενός ακτινικού δικτύου λειτουργίας εξαρτάται από το είδος των φορτίων. Αν πρόκειται για φορτία σταθερής έντασης τότε ο υπολογισμός αυτός περιλαμβάνει το σχηματισμό του πίνακα πρόσπτωσης, ενώ για φορτία σταθερής ισχύος και σταθερού συντελεστή ισχύος ο υπολογισμός των ωμικών απωλειών περιλαμβάνει την επίλυση του προβλήματος ροών φορτίου με τη μέθοδο Newton-Raphson. Το βέλτιστο ακτινικό δίκτυο λειτουργίας, δηλαδή το δίκτυο με τις ελάχιστες ωμικές απώλειες, προκύπτει από το ΓΑ, κατόπιν δοκιμών των παραμέτρων του. Στα πλαίσια της εργασίας αναπτύχθηκε λογισμικό σε περιβάλλον MATLAB για την επίλυση του προβλήματος Επαναδιαμόρφωσης των ΔΔ με ΓΑ.

The electrical energy Distribution Networks (DNs) constitute the components of Electrical Energy Systems with the bigger complexity. The DNs are a continuation of the Transmission Networks to the direction of power consumption and include a set of overhead and underground lines, as well as voltage step-down substations. In the present Dissertation is examined mainly the reconfiguration of loop, bobbin-shaped, or combination of two, underground cable medium voltage DNs, with regard to the reconfiguration of radial operated networks, via handlings of switches, under normal operating conditions. This reconfiguration contributes to the minimization of ohmic losses, which depend on the size of loads. The values of loads that are involved in the calculations can be monthly forecasts of peak-loads. The problem of DNs Reconfiguration via Switches belongs to the category of optimization, integer, linear or not linear programming. This problem is solved using Genetic Algorithm (GA). More specifically, all the feasible and infeasible radial operated networks are coded by binary strings that the GA evaluates. The calculation of ohmic losses of a radial operated network depends on the type of loads. In case of constant current loads, this calculation includes the shaping of incidence matrix, while for constant power and constant power factor loads, the calculation of ohmic losses includes the solution of power flow problem using the Newton-Raphson method. The optimal radial operated network, that is to say the network with the minimal ohmic losses, results from the GA, by appropriately configuring its parameters. In the context of the current Dissertation, software was developed under MATLAB environment for the solution of the DNs Reconfiguration problem using GA.