Βέλτιστη τοποθέτηση Μονάδων Μέτρησης Φασιθετών με αλγόριθμο αναζήτησης απαγορευμένων καταστάσεων

Abstract

Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι η επίλυση του προβλήματος της βέλτιστης τοποθέτησης Μονάδων Μέτρησης Φασιθετών (PMUs) με στόχο την πλήρη παρατηρησιμότητα των δικτύων μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Η βέλτιστη τοποθέτηση PMUs αναφέρεται στην ελαχιστοποίηση του αριθμού των υπό εγκατάσταση PMUs, που απαιτείται για να επιτευχθεί πλήρης παρατηρησιμότητα του δικτύου. Αρχικά, πραγματοποιείται μια ιστορική αναδρομή από τη σύλληψη της ιδέας των συγχρονισμένων μετρήσεων μέχρι τη σημερινή εκδοχή των PMUs, τις βασικές ιδιότητες του PMU, καθώς και τη σύγκρισή τους με εκείνες της τεχνολογίας SCADA. Στη συνέχεια, παρουσιάζεται και αναλύεται μια τοπολογική μέθοδος παρατηρησιμότητας συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας. Ο αλγόριθμος αναζήτησης με απαγορευμένες καταστάσεις προτείνεται για την επίλυση του προβλήματος της βέλτιστης τοποθέτησης PMU. Ο αλγόριθμος αυτός είναι ένας μετά-ευριστικός αλγόριθμος, ο οποίος χρησιμοποιώντας αποτελεσματικά το ιστορικό αναζήτησης, αποφεύγει την παγίδευση σε ένα τοπικό ελάχιστο ή μέγιστο. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, η προτεινόμενη μέθοδος υλοποιήθηκε με γραφικό περιβάλλον (GUI) σε περιβάλλον MATLAB, το οποίο εφαρμόστηκε στα πρότυπα δίκτυα των 14, 30, 39, 57 και 118 ζυγών του ΙΕΕΕ. Η μελέτη ολοκληρώνεται με την ανάλυση των αποτελεσμάτων και τη σύγκρισή τους με τα αποτελέσματα άλλων μεθόδων από τη διεθνή βιβλιογραφία, που αποδεικνύουν την αποδοτικότητα και την προσαρμοστικότητα της μεθόδου.

The current Diploma Thesis deals with the optimal placement problem of Phasor Measurement Units (PMUs), in order to achieve full network observability. The Optimal PMU Placement (OPP) problem is formulated as to minimize the number of PMUs to be installed subject to full network observability. The thesis initially presents the historical development, starting from the original concept of synchronized measurements until the modern standard PMU device, the basic features of the PMU, as well as comparing them with the features of SCADA technology. Furthermore, this thesis presents a fast analysis method for power system topology observability. Tabu search algorithm is proposed to solve the OPP combinatorial optimization problem. The tabu search algorithm is a meta-heuristic algorithm that uses a flexible memory of search history to prevent cycling and to avoid entrapment in local optima. This method is developed with a graphical user interface (GUI) in MATLAB. The software was applied to IEEE 14, 30, 39, 57 and 118 bus systems. The obtained results are analyzed and are compared with the results of other methods found in bibliography and the effectiveness and flexibility of the proposed algorithm is verified.