|
Jedna metodologija za optimalnu kompenzaciju reaktivne energije na konzumu TS 110/x kV
One methodology for optimal compensation of reactive energy of a TS 110/x kV consumption
Univerzitet u Beogradu, Elektrotehnički institut 'Nikola Tesla', Srbija
Sažetak
Kada se razmatra zadatak optimalne kompenzacije reaktivne energije u distributivnoj mreži neke TS 110/X kV, teži se optimalnom lociranju kondenzatorskih baterija. Matematički model distributivne mreže teorijski dopušta tretiranje svakog čvora mreže kao potencijalnu lokaciju za ugradnju kondenzatorskih baterija. Međutim, jasno je da ovo nije slučaj u praksi. Zbog toga, pri odabiru potencijalnih lokacija za ugradnju kondenzatorskih baterija, treba obratiti pažnju na objektivna ograničenja, kao što su vrsta čvora (sabirnica, račva), postojanja već ugrađenih kondenzatorskih baterija, raspoloživih ćelija i prostora kako u TS srednjeg napona, tako i u TS X/0,4 kV, dostupnost (vlasništvo) posmatranog čvora (sabirnice). Pored ovih objektivnih ograničenja, u modelima distributivnih mreža koje karakteriše izrazito veliki broj čvorova, pogodno je preliminarno izdvojiti uži skup potencijalnih lokacija na osnovu analize osetljivosti i naponskih prilika. Na ovaj način primena algoritma za optimalnu raspodelu i dimenzionisanje kondenzatorskih baterija postaje praktično izvodljiva u slučaju ovakvih mreža. Da bi mogla da se izvrši procena podobnosti nekog rešenja pri rešavanju optimizacionih zadataka, definiše se odgovarajuća kriterijumska funkcija. Vrednost kriterijumske funkcije, za date vrednosti parametara, odnosno za potencijalno rešenje zadatka, predstavlja odraz toga koliko dato rešenje uspešno ostvaruje zahteve optimizacionog zadatka. Na ovaj način je moguće sagledati relativnu prednost nekog rešenja u odnosu na druga. Sa druge strane, vrednost kriterijumske funkcije za optimalno rešenje pruža informaciju o trošku investicije koja je neophodna za ostvarivanje optimalnog rešenja, kao i o vremenu isplativosti investicije. Kriterijumska funkcija se obično definiše u obliku ukupnog troška, kada je cilj da se ovaj ukupni trošak minimizira, ili u obliku razlike uštede i troška investicije, kada je cilj da se ova razlika maksimizira. Kriterijumska funkcija u obliku ukupnog troška je jednostavnija za implementaciju, pa je u ovom slučaju ona upotrebljena. Kao algoritam za optimalnu raspodelu i dimenzionisanje kondenzatorskih baterija u distributivnoj mreži, sa stanovišta upotrebljivosti za potrebe, kao i pogodnosti za implementaciju, upotrebljen je algoritam zasnovan na metodu lokalnih varijacija. Metod lokalnih varijacija se zasniva na jednostavnoj ideji da se za svaki od prethodno odabranih kandidata čvorova za ugradnju kondenzatorskih baterija iterativno testira podobnost date pozicije u mreži i odgovarajuće snage kondenzatorske baterije. Podobnost se prati preko rezultujuće vrednosti kriterijumske funkcije. Algoritam od iteracije do iteracije u mrežu postepeno dodaje kondenzatorske baterije, sve do momenta kada vrednost kriterijumske funkcije u narednoj iteraciji ne ostvari povoljniju vrednost u odnosu na prethodnu iteraciju ili ukoliko se dostigne prethodno odabran maksimalan broj iteracija. Metod lokalnih varijacija je dopunjen i jednim korakom koji, u slučaju mreža srednjeg napona sa velikim brojem čvorova, omogućava određivanje užeg skupa potencijalnih čvorova za ugradnju kondenzatorskih baterija. Ovaj korak je opcioni i može da se preskoči kod mreža standardne veličine od par stotina čvorova. Ono što treba napomenuti je da opisani algoritam poseduje mogućnost samokorekcije, budući da u narednim iteracijama proverava adekvatnost nivoa kompenzacije čvora gde je prethodno već predložena ugradnja kondenzatorske baterije. Da bi se omogućio najprikladniji predlog rešenja za određeni distributivni konzum, u implementaciji algoritma omogućen je izbor tipa kondenzatorske baterije koja može da bude predložena u okviru optimizacionog postupka. Tako je predviđen izbor između fiksnih kondenzatorskih baterija, kondenzatorskih baterija varijabilne snage i mešovitog tipa, odnosno sistema kondenzatorskih baterija sastavljenog od fiksnog i varijabilnog dela. Algoritam je implementiran u okviru programskog jezika DPL, koji predstavlja sastavni deo softverskog alata DIgSILENT PowerFactory.
Abstract
When considering the task of optimal compensation of reactive energy in the distribution network of some TS 110/X kV, the aim is to optimally locate capacitor banks. The mathematical model of the distribution network theoretically allows treating each node of the network as a potential location for the installation of capacitor banks. However, it is clear that this is not the case in practice. Therefore, when choosing potential locations for the installation of capacitor banks, attention should be paid to objective limitations, such as the type of node (busbar, line node), the existence of already installed capacitor banks, available cells and space both in the medium voltage transformer substations and in the TS X/0.4 kV, availability (ownership) of the observed node (bus). In addition to these objective limitations, in models of distribution networks characterized by a particularly large number of nodes, it is convenient to preliminarily select a narrower set of potential locations based on the analysis of sensitivity and voltage conditions. In this way, the application of the algorithm for the optimal distribution and sizing of capacitor banks becomes practically feasible in the case of such networks. In order to be able to assess the suitability of a solution when solving optimization tasks, a suitable criterion function is defined. The value of the criterion function, for the given values of the parameters, that is, for the potential solution of the task, is a reflection of how successfully the given solution fulfils the requirements of the optimization task. In this way, it is possible to see the relative advantage of a solution compared to others. On the other hand, the value of the criterion function for the optimal solution provides information about the cost of the investment that is necessary for the realization of the optimal solution, as well as about the investment payback time. The criterion function is usually defined as a total cost, when the goal is to minimize this total cost, or as a difference between savings and investment cost, when the goal is to maximize this difference. Since it is easier to implement, the total cost criterion function was used in this case. As an algorithm for the optimal distribution and sizing of capacitor batteries in the distribution network, from the point of view of usability for needs, as well as convenience for implementation, an algorithm based on the method of local variations was used. The method of local variations is based on the simple idea that for each of the previously selected candidate nodes for the installation of capacitor banks, the suitability of a given position in the network and the corresponding capacity of the capacitor bank is iteratively tested. Eligibility is monitored via the resulting value of the criterion function. The algorithm gradually adds capacitor batteries to the network from iteration to iteration, until the moment when the value of the criterion function in the next iteration does not achieve a more favorable value compared to the previous iteration or if the previously selected maximum number of iterations is reached. The method of local variations is supplemented by one step which, in the case of medium voltage networks with a large number of nodes, enables the determination of a narrower set of potential nodes for the installation of capacitor banks. This step is optional and can be skipped for networks of a standard size of a few hundred nodes. What should be noted is that the described algorithm has the possibility of self-correction, since in subsequent iterations it checks the adequacy of the compensation level of the node where the installation of the capacitor battery was previously proposed. In order to enable the most appropriate solution proposal for a certain distribution consumption, in the implementation of the algorithm it is possible to choose the type of capacitor battery that can be proposed as part of the optimization procedure. Thus, the choice between fixed capacitor batteries, capacitor batteries of variable power and mixed type (a system of capacitor batteries composed of a fixed and a variable part) is foreseen. The algorithm is implemented within the DPL programming language, which is an integral part of the DIgSILENT PowerFactory software tool.
|