Βέλτιστη διαστασιολόγηση μονάδων διεσπαρμένης παραγωγής με τη χρήση υβριδικής pso και βέλτιστης ροής φορτίου

Abstract

Τα τελευταία χρόνια παρατηρείται μία έντονη αναδόμηση των Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας και μία ολοένα αυξανόμενη διείσδυση μονάδων διεσπαρμένης παραγωγής στα δίκτυα διανομής. Η κατάλληλη διαστασιολόγηση αυτών των μονάδων διεσπαρμένης παραγωγής είναι υψίστης σημασίας προκειμένου να μεγιστοποιηθούν τα οφέλη που προκύπτουν από την ένταξή τους στο δίκτυο. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η εύρεση της βέλτιστης θέσης εγκατάστασης και της βέλτιστης ονομαστικής ισχύος μονάδων διεσπαρμένης παραγωγής σε ένα δίκτυο διανομής, με τεχνικά και με οικονομικά κριτήρια. Πιο συγκεκριμένα, μελετάται η συμβολή της βέλτιστης διαστασιολόγησης, κατά θέση και κατά μέγεθος, των μονάδων διεσπαρμένης παραγωγής στην ελαχιστοποίηση των απωλειών ενεργού ισχύος, καθώς και στην ελαχιστοποίηση της διακύμανσης της τάσης που παρουσιάζεται στο δίκτυο. Επιπλέον, διερευνάται η επίδραση της διείσδυσης ηλεκτρικών οχημάτων, με μη ελεγχόμενη φόρτιση, στο δίκτυο. Στα πλαίσια αυτής της εργασίας, αναπτύχθηκε κατάλληλο λογισμικό σε περιβάλλον MATLAB , το οποίο επιλύει τα εν λόγω προβλήματα με την υλοποίηση ενός υβριδικού αλγορίθμου που συνδυάζει στοιχεία από τη θεωρία της επιλογής των κλώνων (Clonal Selection Theory) και τη μέθοδο βελτιστοποίησης σμήνους σωματιδίων (Particle Swarm Optimization Technique). Στο Κεφάλαιο 1 της παρούσας εργασίας γίνεται αναφορά στη διεσπαρμένη παραγωγή και το έντονο ενδιαφέρον που έχει παρατηρηθεί τα τελευταία χρόνια παγκοσμίως σε αυτόν τον τομέα. Εξετάζονται τα βασικότερα είδη διεσπαρμένων πηγών, οι χρήσεις τους, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους. Επιπρόσθετα, γίνεται αναφορά στα ηλεκτρικά οχήματα και πιο συγκεκριμένα, στις παραμέτρους που διαμορφώνουν τη ζήτηση των ηλεκτρικών οχημάτων, στην επίδραση της μη ελεγχόμενης φόρτισης τους στο δίκτυο αλλά και στην ταυτόχρονη διείσδυση μονάδων διεσπαρμένης παραγωγής και ηλεκτρικών οχημάτων σε ένα δίκτυο. Στο Κεφάλαιο 2 περιγράφεται ο αλγόριθμος της επιλογής των κλώνων και οι βασικές αρχές στις οποίες αυτός στηρίζεται, η μέθοδος βελτιστοποίησης σμήνους σωματιδίων, αλλά και ο υβριδικός αλγόριθμος PCLONALG που προκύπτει από το συνδυασμό αυτών. Επιπλέον, αναλύεται το πρόβλημα της βέλτιστης ροής φορτίου και οι τεχνικές που έχουν αναπτυχθεί για την επίλυση αυτού. Παρουσιάζεται ακόμα, μία εφαρμογή του προβλήματος σε ένα απλό δίκτυο 4 ζυγών. Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων που υλοποιήθηκαν και στο Κεφάλαιο 4 συνοψίζονται τα κυριότερα συμπεράσματα που προέκυψαν από αυτήν την ανάλυση.

In recent years, there is an intense restructuring of the electrical power systems and an increasing integration of distributed generation units in distribution networks. Optimal placement of these distributed generation units is crucial in order to maximize the benefits derived from their joining the network. The aim of the present thesis is to find the optimal location and optimal capacity of distributed generation units in a distribution network, considering technical and financial criteria. More precisely, this thesis examines the contribution of optimal placement of distributed generation units in minimizing active power losses and voltage deviation in a network. In addition, the impact of electric vehicle deployment, without managing their charging demand, is investigated as well. As part of this study, a suitable software was developed in MATLAB, solving these problems by implementing a hybrid algorithm that combines elements from the Clonal Selection Theory and Particle Swarm Optimization Technique. Chapter 1 considers the distributed generation and the intense worldwide interest that has been recently observed in this field. It provides an overview of the main types of distributed resources, their uses, advantages and disadvantages. In addition, reference is made to the electric vehicles and specifically, the parameters that influence their charging demand, the effects of their uncontrolled charging in the network and the simultaneous integration of distributed generation units and electric vehicles in a network. Chapter 2 describes the algorithm for clones selection as well as the basic principles it relies on, the method of Particle Swarm Optimization, and the hybrid algorithm PCLONALG, which results from the combination of these. Furthermore, the problem of optimal power flow is analyzed, as well as the techniques that have been developed to solve this. Moreover, a simple 4-buses network has been simulated and studied for better understanding of PSOCLONAG performance. Chapter 3 presents the results of simulations carried out and Chapter 4 summarizes the main conclusions drawn from this analysis.