Title
Izbor tipa, lokacije i parametara fleksibilnih regulacionih uređaja u elektroenergetskim sistemima primenom višekriterijumske optimizacije
Creator
Savić, Aleksandar
Copyright date
2013
Object Links
Select license
Autorstvo-Nekomercijalno-Deliti pod istim uslovima 3.0 Srbija (CC BY-NC-SA 3.0)
License description
Dozvoljavate umnožavanje, distribuciju i javno saopštavanje dela, i prerade, ako se navede ime autora na način odredjen od strane autora ili davaoca licence i ako se prerada distribuira pod istom ili sličnom licencom. Ova licenca ne dozvoljava komercijalnu upotrebu dela i prerada. Osnovni opis Licence: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/rs/deed.sr_LATN Sadržaj ugovora u celini: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/rs/legalcode.sr-Latn
Language
Serbian
Cobiss-ID
Theses Type
Doktorska disertacija
description
Datum odbrane: 11.06.2013.
Other responsibilities
mentor
Rajaković, Nikola, 1952-
član komisije
Tasić, Dragan
član komisije
Stefanov, Predrag, 1964-
University
Univerzitet u Beogradu
Faculty
Elektrotehnički fakultet
Alternative title
Selection of the type, location and parameters of facts devices in the electric power systems using multicriteria optimization
Publisher
[A. Savić]
Format
209 listova
description
Tehničke nauke – Elektrotehnika - Elektroenergetski sistemi / Technical science – Electrical engineering - Power systems
Abstract (sr)
Tradicionalni načini upravaljanja elektroenergetskim sistemima kao što su
redispečing aktivnih i reaktivnih snaga proizvodnje kao i promena topologije mreţe u
današnje vreme nisu dovoljni za kvalitetno i pouzdano upravljanje sistemom.
Konstantan rast potrošnje, razvoj trţišta električne energije, priključenje distribuiranih
izvora električne energije, ekološki zahtevi i sl., nametnuli su potrebu za novim
načinima upravljanja.
Jedan od savremenih načina za upravljanje sistemom je upotreba novih
kontrolnih ureĎaja baziranih na primeni elemenata energetske elektronike velikih snaga.
Ovi ureĎaji poznati su pod jedinstvenim nazivom FACTS (Flexible Alternate Current
Transmission Systems) ureĎaji. Osnovna namena FACTS ureĎaja je povećanje
kontrolabilnosti i prenosne sposobnosti sistema, odnosno direktna regulacija tokova
snage ţeljenim prenosnim koridorima, kao i regulacija napona odabranih čvorova u
mreţi. Ovi ureĎaji omogućavaju bolje iskorišćenje postojećih prenosnih vodova i
odlaganje potrebe za izgradnjom novih. Pored toga što FACTS ureĎaji mogu da
upravljaju tokovima aktivnih i reaktivnih snaga i naponskim prilikama u
elektroenergetskoj mreţi, oni imaju i pozitivan uticaj i na druge pokazatelje koje
karakterišu rad prenosnog sistema. Imajući sve ovo u vidu i sa ţeljom da se FACTS
ureĎaji iskoriste na najefikasniji način, od posebne je vaţnosti izbor tipa, lokacije i
parametara FACTS ureĎaja.
Cilj ove disertacije je uvoĎenje nove procedure za nalaţenje optimalnog tipa,
lokacije i parametara FACTS ureĎaja primenom višekriterijumske optimizacije.
Osnovna prednost razvijene procedure je što omogućuje uključivanje proizvoljnog broja
kriterijumskih funkcija. Na taj način mogu se obuhvatiti svi relevantni kriterijumi koji
mogu uticati na izbor FACTS ureĎaja. Kao rezultat višekriterijumske optimizacije
dobija se set optimalnih rešenja, za razliku od jednokriterijumske optimizacije gde se
kao rezultat dobija jedno jedinstveno rešenje. Set optimalnih rešenja, generalno gledano,
daje kompletniji opis optimizacionog problema, a konkretno kod izbora FACTS ureĎaja
daje uvid u kontrolne mogućnosti ovih ureĎaja. Pored toga zbog postojanja više
kompromisnih optimalnih rešenja krajnjem korisniku je data veća sloboda kod izbora
finalnog rešenja pri čemu on iz seta ponuĎenih rešenja moţe da izabere ono koje njemu
najviše odgovara. MeĎutim, zbog sloţenosti optimizacionog problema izbor konačnog
rešenja iz velikog broja ponuĎenih optimalnih rešenja moţe da bude veoma teţak i
nepraktičan. Ovo je posebno izraţeno kada se razmatra veći broj kriterijumskih
funkcija. Već kod tri kriterijumske funkcije, grafički prikaz dobijenih rešenja u 3D
prostoru nije praktičan za odabir finalnog rešenja, a za slučaj više od tri kriterijumske
funkcije ne postoji način da se dobijena rešenja adekvatno grafički prikaţu. U okviru
nove procedure razvijena je metoda za izbor finalnog kompromisnog rešenja koja ne
favorizuje ni jednu od analiziranih kriterijumskih funkcija već na ravnopravan način
uvaţava uticaj svih kriterijumskih funkcija.
Kao matematički alat, za rešavanje višekriterijumskog optimizacionog
problema, odabrana je optimizaciona tehnika evolutivnog tipa u literturi poznata kao
genetički algoritam sa sortiranjem prema dominaciji (algoritam NSGA-II). Algoritam
NSGA-II je izabran jer predstavlja jednu od standarnih procedura za rešavanje problema
višekriterijumske optimizacije. U ovoj disertaciji NSGA-II algoritam je dodatno
unapreĎen tako što je uvedeno lokalno pretraţivanje za članove populacije koji se
nalaze na krajevima tekućeg Pareto fronta. Na taj način je povećana brzina i efikasnost
pri nalaţenju optimalnih rešenja.
Nova procedura za izbor FACTS ureĎaja ilustrovana je na dva realna
inţenjerska problema. Prvi problem se odnosi na odreĎivanje optimalne lokacije i
parametara FACTS ureĎaja u prenosnoj mreţi. Proračun je izvršen na realnom sistemu
elektroprivrede Republike Srbije sa ciljem da se dobije optimalan plan razvoja prenosne
mreţe uvoĎenjem samo regulacionih ureĎaja bez izgradnje novih vodova i
transformatorskih stanica. Proračun je uraĎen za različite godine razvoja ovog sistema
imajući u vidu povećanje nivoa opterećenja i planiranu izgradnju novih proizvodnih
kapaciteta. Kao kriterijumi za izbor razmatrani su kako globalni pokazatelji rada
elektroenergetske mreţe, kao što su gubici aktivne snage u sistemu, tako i lokalni
pokazatelji koji se odnose na nivoe opterećenja prenosnih vodova i napone čvorova,
pokazatelji sigurnosti, pokazatelji vezani za rad sistema u trţišnom okruţenju i
ekonomski pokazatelji. Nova procedura kroz pretraţivanje velikog broja potencijanih
varijanti i kroz uporednu analizu uticaja pojedinih tipova FACTS ureĎaja na analiziranu
mreţu daje konkretne predloge za FACTS ureĎaje čijom bi se ugradnjom na predloţene
lokacije ostvario plan razvoja prenosne mreţe bez potrebe za izgradnjom novih
prenosnih kapaciteta. Pored toga ugradnjom FACTS ureĎaja unapredile bi se
performanse prenosne mreţe imajući u vidu analizirane kriterijumske funkcije.
Drugi problem koji je obraĎen u ovoj disertaciji odnosi se na nalaţenje
optimalne lokacije i parametara FACTS ureĎaja u distributivnoj mreţi uz prisustvo
distribuiranih izvora električne energije. Kod ovog proračuna osnovni kriterijum za
izbor bilo je obezbeĎivanje napajanje krajnjih potrošača kvalitetnom električnom
energijom za širok dijapazon mogućih radnih reţima uz uvaţavanje svih pogonskih
ograničenja. Proračun je uraĎen na realnoj srednjenaponskoj distributivnoj mreţi koja
napaja nekoliko sela u regionu Banata u Srbiji. Proračunom su dobijene konkretne
loakcije za ugradnju FACTS ureĎaja u analiziranoj mreţi.
Razvijena procedura za izbor FACTS ureĎaja u primeni na realne prenosne i
distributivne mreţe daje veoma dobre rezultate. Procedura pretraţuje veliki broj
potencijalnih rešenja i u procesu optimizacije daje rešenja koja su za analiziranu mreţu
najefikasnija, imajući u vidu kriterijumske funkcije kojima je modelovan optimizacioni
problem.
Abstract (en)
In present days, traditional ways of controlling power systems such as redispatching
of active and reactive power and changing the network topology, are not
sufficient for quality and reliable system management. The constant growth of
consumption, development of electricity market, connection of distributed generation,
environmental requirements etc, imposed the need for new ways of system
management.
One of the modern ways to control power systems is to use new control devices
based on application of power electronics. These devices are known as Flexible
Alternate Current Transmission Systems (FACTS) devices. The main purpose of
FACTS devices is to increase controllability and capacity of the transmission system by
controlling active and reactive line flow in desired transmission corridors and voltage
control of the selected buses in the network. The use of FACTS devices in transmission
systems enabled a better utilization of existing transmission lines, instead of
constructing the new ones. Those devices have a positive influence on many parameters
characterizing the operation of transmission networks. Bearing all this in mind and with
the desire to take advantage of FACTS devices in the most efficient manner, proper
choice of type, location and parameters of FACTS devices are particularly important.
The aim of this dissertation is to introduce a new procedure for finding the
optimal type, location and parameters of FACTS devices by using multi-criteria
optimization. The main advantage of this procedure is that it allows inclusion of any
number of criteria functions. This way, we can cover all the relevant criteria that may
influence the choice of FACTS devices. Result of multi-criteria optimization is a set of
optimal solutions, as opposed to a single criterion optimization where we obtain only
one solution. Set of optimal solutions, in general, provides a more complete description
of the optimization problem. In particular, in the choice of FACTS devices, provides
insight into the control features of the FACTS devices. In addition, set of optimal
solutions enables the decision maker to choose a solution that seems fit. However, large
number of solutions and large number of possible choices can be confusing, so selecting
the final choice may be quite difficult. This is particularly evident when large number of
criterion functions is considered. For three criterion functions, it is not practical to select
the final solution by graphical representation of the obtained solutions in a 3D space. In
case of four and more criterion functions, adequate graphical representation of obtained
solutions is not possible. With the new procedure, a method for the choice of a unique
optimal solution from the set of solutions was developed, that does not favor any of the
analyzed criteria functions, but equally respects the influence of all criteria functions.
Evolutionary optimization algorithm known as Nondominated Sorted Genetic
Algorithm (NSGA-II) is selected as a mathematical tool for solving multi-criteria
optimization problem. NSGA-II algorithm was chosen because it represents one of the
standard procedures for solving multi-criteria optimization problems. In this
dissertation, NSGA-II algorithm is further improved by introducing a local search for
members of the population at the edges of the current Pareto front. This way, speed and
efficiency in finding the optimal solutions are increased.
New procedure for selection of FACTS devices is illustrated on two realistic
engineering problems. The first issue relates to the determination of the optimal location
and parameters of FACTS devices in a transmission network. The calculation is done on
the Republic of Serbia power system in order to obtain an optimal plan for transmission
network by introducing only FACTS devices without building new transmission lines
and substations. The calculation is done for different years of development of this
system taking into account increase in the consumer load and planned construction of
new production capacities. The following selection criteria were considered: system
active power losses, transmission line load levels, bus voltages, security indicators,
indicators related to the operation of the system in the market environment and
economic indicators. New procedure through a searching of a large number of potential
variants and comparative analysis of the impact of certain types of FACTS devices on
the observed network provides specific proposals for installation of FACTS devices.
Installation of FACTS devices at proposed locations would fulfill the development plan
of the transmission network, without the need to build new transmission capacities. In
addition, installation of FACTS devices would improve the performance of the
transmission system by taking into account the analyzed criterion functions.
Second problem addressed in this dissertation refers to finding the optimal
location and parameters of FACTS devices in a distribution network in presence of
distributed power sources. In this calculation, the main selection criterion was to
provide the quality electrical energy to the end users for a wide range of possible
operating modes with respect to all operating limits. The calculation is performed on a
real medium voltage distribution network which supplies several villages in the Banat
region in Serbia. The calculation proposed the specific locations to install the FACTS
devices in the analyzed network.
Implementation of developed procedures for selection of FACTS devices to the
real transmission and distribution network gives very good results. The procedure
searches a large number of potential solutions and provides the most efficient solutions
for the analyzed network in optimization process, keeping in mind the criteria functions
used to model the optimization problem.
Authors Key words
Upravljanje prenosnim sistemom, FACTS ureĎaji, višekriterijumska
optimizacija, genetički algoritam
Authors Key words
Control of transmission system, FACTS devices, multi-criteria
optimization, Genetic algorithm
Classification
621.3
Type
Tekst
Abstract (sr)
Tradicionalni načini upravaljanja elektroenergetskim sistemima kao što su
redispečing aktivnih i reaktivnih snaga proizvodnje kao i promena topologije mreţe u
današnje vreme nisu dovoljni za kvalitetno i pouzdano upravljanje sistemom.
Konstantan rast potrošnje, razvoj trţišta električne energije, priključenje distribuiranih
izvora električne energije, ekološki zahtevi i sl., nametnuli su potrebu za novim
načinima upravljanja.
Jedan od savremenih načina za upravljanje sistemom je upotreba novih
kontrolnih ureĎaja baziranih na primeni elemenata energetske elektronike velikih snaga.
Ovi ureĎaji poznati su pod jedinstvenim nazivom FACTS (Flexible Alternate Current
Transmission Systems) ureĎaji. Osnovna namena FACTS ureĎaja je povećanje
kontrolabilnosti i prenosne sposobnosti sistema, odnosno direktna regulacija tokova
snage ţeljenim prenosnim koridorima, kao i regulacija napona odabranih čvorova u
mreţi. Ovi ureĎaji omogućavaju bolje iskorišćenje postojećih prenosnih vodova i
odlaganje potrebe za izgradnjom novih. Pored toga što FACTS ureĎaji mogu da
upravljaju tokovima aktivnih i reaktivnih snaga i naponskim prilikama u
elektroenergetskoj mreţi, oni imaju i pozitivan uticaj i na druge pokazatelje koje
karakterišu rad prenosnog sistema. Imajući sve ovo u vidu i sa ţeljom da se FACTS
ureĎaji iskoriste na najefikasniji način, od posebne je vaţnosti izbor tipa, lokacije i
parametara FACTS ureĎaja.
Cilj ove disertacije je uvoĎenje nove procedure za nalaţenje optimalnog tipa,
lokacije i parametara FACTS ureĎaja primenom višekriterijumske optimizacije.
Osnovna prednost razvijene procedure je što omogućuje uključivanje proizvoljnog broja
kriterijumskih funkcija. Na taj način mogu se obuhvatiti svi relevantni kriterijumi koji
mogu uticati na izbor FACTS ureĎaja. Kao rezultat višekriterijumske optimizacije
dobija se set optimalnih rešenja, za razliku od jednokriterijumske optimizacije gde se
kao rezultat dobija jedno jedinstveno rešenje. Set optimalnih rešenja, generalno gledano,
daje kompletniji opis optimizacionog problema, a konkretno kod izbora FACTS ureĎaja
daje uvid u kontrolne mogućnosti ovih ureĎaja. Pored toga zbog postojanja više
kompromisnih optimalnih rešenja krajnjem korisniku je data veća sloboda kod izbora
finalnog rešenja pri čemu on iz seta ponuĎenih rešenja moţe da izabere ono koje njemu
najviše odgovara. MeĎutim, zbog sloţenosti optimizacionog problema izbor konačnog
rešenja iz velikog broja ponuĎenih optimalnih rešenja moţe da bude veoma teţak i
nepraktičan. Ovo je posebno izraţeno kada se razmatra veći broj kriterijumskih
funkcija. Već kod tri kriterijumske funkcije, grafički prikaz dobijenih rešenja u 3D
prostoru nije praktičan za odabir finalnog rešenja, a za slučaj više od tri kriterijumske
funkcije ne postoji način da se dobijena rešenja adekvatno grafički prikaţu. U okviru
nove procedure razvijena je metoda za izbor finalnog kompromisnog rešenja koja ne
favorizuje ni jednu od analiziranih kriterijumskih funkcija već na ravnopravan način
uvaţava uticaj svih kriterijumskih funkcija.
Kao matematički alat, za rešavanje višekriterijumskog optimizacionog
problema, odabrana je optimizaciona tehnika evolutivnog tipa u literturi poznata kao
genetički algoritam sa sortiranjem prema dominaciji (algoritam NSGA-II). Algoritam
NSGA-II je izabran jer predstavlja jednu od standarnih procedura za rešavanje problema
višekriterijumske optimizacije. U ovoj disertaciji NSGA-II algoritam je dodatno
unapreĎen tako što je uvedeno lokalno pretraţivanje za članove populacije koji se
nalaze na krajevima tekućeg Pareto fronta. Na taj način je povećana brzina i efikasnost
pri nalaţenju optimalnih rešenja.
Nova procedura za izbor FACTS ureĎaja ilustrovana je na dva realna
inţenjerska problema. Prvi problem se odnosi na odreĎivanje optimalne lokacije i
parametara FACTS ureĎaja u prenosnoj mreţi. Proračun je izvršen na realnom sistemu
elektroprivrede Republike Srbije sa ciljem da se dobije optimalan plan razvoja prenosne
mreţe uvoĎenjem samo regulacionih ureĎaja bez izgradnje novih vodova i
transformatorskih stanica. Proračun je uraĎen za različite godine razvoja ovog sistema
imajući u vidu povećanje nivoa opterećenja i planiranu izgradnju novih proizvodnih
kapaciteta. Kao kriterijumi za izbor razmatrani su kako globalni pokazatelji rada
elektroenergetske mreţe, kao što su gubici aktivne snage u sistemu, tako i lokalni
pokazatelji koji se odnose na nivoe opterećenja prenosnih vodova i napone čvorova,
pokazatelji sigurnosti, pokazatelji vezani za rad sistema u trţišnom okruţenju i
ekonomski pokazatelji. Nova procedura kroz pretraţivanje velikog broja potencijanih
varijanti i kroz uporednu analizu uticaja pojedinih tipova FACTS ureĎaja na analiziranu
mreţu daje konkretne predloge za FACTS ureĎaje čijom bi se ugradnjom na predloţene
lokacije ostvario plan razvoja prenosne mreţe bez potrebe za izgradnjom novih
prenosnih kapaciteta. Pored toga ugradnjom FACTS ureĎaja unapredile bi se
performanse prenosne mreţe imajući u vidu analizirane kriterijumske funkcije.
Drugi problem koji je obraĎen u ovoj disertaciji odnosi se na nalaţenje
optimalne lokacije i parametara FACTS ureĎaja u distributivnoj mreţi uz prisustvo
distribuiranih izvora električne energije. Kod ovog proračuna osnovni kriterijum za
izbor bilo je obezbeĎivanje napajanje krajnjih potrošača kvalitetnom električnom
energijom za širok dijapazon mogućih radnih reţima uz uvaţavanje svih pogonskih
ograničenja. Proračun je uraĎen na realnoj srednjenaponskoj distributivnoj mreţi koja
napaja nekoliko sela u regionu Banata u Srbiji. Proračunom su dobijene konkretne
loakcije za ugradnju FACTS ureĎaja u analiziranoj mreţi.
Razvijena procedura za izbor FACTS ureĎaja u primeni na realne prenosne i
distributivne mreţe daje veoma dobre rezultate. Procedura pretraţuje veliki broj
potencijalnih rešenja i u procesu optimizacije daje rešenja koja su za analiziranu mreţu
najefikasnija, imajući u vidu kriterijumske funkcije kojima je modelovan optimizacioni
problem.
“Data exchange” service offers individual users metadata transfer in several different formats. Citation formats are offered for transfers in texts as for the transfer into internet pages. Citation formats include permanent links that guarantee access to cited sources. For use are commonly structured metadata schemes : Dublin Core xml and ETUB-MS xml, local adaptation of international ETD-MS scheme intended for use in academic documents.