Μέθοδοι βέλτιστης τοποθέτησης μονάδων μέτρησης φασιθετών

Abstract

Οι Μονάδες Μέτρησης Φασιθετών αλλάζουν τον τρόπο που εποπτεύονται και λειτουργούν τα Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας (Σ.Η.Ε). Για αυτό τον σκοπό απαιτείται μία στρατηγική τοποθέτηση των Μονάδων Μέτρησης Φασιθετών. Αυτή η διπλωματική εργασία εξετάζει το πρόβλημα βέλτιστης τοποθέτησης Μονάδων Μέτρησης Φασιθετών ώστε το Σ.Η.Ε να είναι πλήρως παρατηρήσιμο. Για την επίλυση του προβλήματος βελτιστοποίησης υλοποιούνται δυο αλγόριθμοι. Για την ανάπτυξη των αλγορίθμων υιοθετείται η ιδέα της τοπολογικής παρατηρησιμότητας. Οι αλγόριθμοι αναπτύσσονται στο περιβάλλον της γλώσσας προγραμματισμού MATLAB και δοκιμάζονται σε πρότυπα ΙΕΕΕ δίκτυα. Αρχικά, το πρόβλημα βελτιστοποίησης επιλύεται χρησιμοποιώντας τον δυαδικό ακέραιο προγραμματισμό. Στη συνέχεια, το πρόβλημα βέλτιστης τοποθέτησης PMU διατυπώνεται και επιλύεται ως ένα πρόβλημα μη γραμμικού προγραμματισμού που υπόκειται σε ισωτικούς περιορισμούς. Για την επίλυση του προβλήματος βελτιστοποίησης χρησιμοποιείται ο επαναληπτικός τετραγωνικός προγραμματισμός. Τα αποτελέσματα της προτεινόμενης μεθόδου συγκρίνονται με εκείνα του δυαδικού ακέραιου προγραμματισμού και άλλων μεθόδων βελτιστοποίησης με αναφορά τον ελάχιστο αριθμό PMUs και τον χρόνο εκτέλεσης του κώδικα.

Phasor Measurements Units are changing the way power systems are monitored and operated. This requires strategic placement of these devices. This diploma thesis describes the study undertaken to determine the optimal number and locations of PMUs for a given power system, in order to gain full observability. Two optimization techniques were adopted to determine the optimal PMU number and locations. Initially, the binary integer programming is used to optimize the PMU placement. Binary Integer Programming is solved using the MATLAB Optimization Toolbox. Simulations are illustrated on a simple testing seven bus system as well as on different IEEE systems (9 bus, 14-bus, 24- bus, 30-bus, 57-bus & 118-bus) and 39 New England. The BIP problem is also solved for the optimal solution on a large scale bus systems. This diploma thesis also proposes an optimal phasor measurement method for the purpose of power system observability. The optimal placement problem is formulated and solved as an nonlinear constrained optimization problem. Sequential Quadratic programming based method is used to determine the minimum number and the optimal locations of the PMUs to ensure complete topological observability of the system. The proposed algorithm is easy to implement using matlab code. The IEEE 7-bus, 9-bus, 14 - bus, 30- bus, 57- bus and 118 -bus standard test systems and New England 39 bus test systems are used for simulation purposes. The comparison of presented results with those of binary integer programming and other methods is presented which would justify the effectiveness of proposed optimization method with regards to minimizing the total number of PMUs and the execution time.