Modelling and Optimal Operation of Electric Distribution Network Matija Zidar ACROSS Colloquium 14.12.2012.

Elektroenergetski sustav

Distribucijska mreža Distribucijska mreža

Distribucijska mreža Stalni nadzor i upravljanje

Distribucijska mreža

Problem: Električna energija Potrošnja = Proizvodnja Snaga ≠ Energija Uvijek dostupna U slučaju kvara što prije osigurati rezervni smjer napajanja Zadovoljavajuće kvalitete Napon ±10% nazivne razine Frekvencija ±0,1% Simetrija THD

Planiranje u EES Gdje proizvesti el. Energiju? Centralizirana proizvodnja Gubici prijenosa i transformacije Jedan smjer napajanja Distribuirana proizvodnja Nema gubitaka prijenosa i transformacije Mogu djelovati negativno na kvalitetu i gubitke Složeno vođenje mreže Dvostruki smjer energije Podešenje zaštite Upravljanje na niskom naponu (prekidač za odvajanje,...)

Planiranje u EES Gdje i koliko će se trošiti? Predviđanje potrošnje Geografski Vremenski (pojava potrošača) Određivanje karaktera potrošnje Prije: max snaga Koliko snage u koje doba dana Novi tipovi potrošača Električna vozila ...

Planiranje u EES Doprema energije od proizvođača do potrošača? Gdje smjestiti transformatorske stanice Spoj prijenos – distribucija Spoj SN – NN Koja snaga transformatorske stanice Korisnost (gubici) ovisni o opterećenju Rok investicije - 40 godina Kako rasplesti vodove? Zadovoljenje tehničkih kriterija Snaga vodiča i TR Dozvoljena odstupanja u kvaliteti Što manji gubici energije

Planiranje razdjelne mreže Kratkoročno Optimira se trošak vođenja mreže Min gubici Izbjegavanje preopterećenja Na postojećoj mreži Promjenom stanja uklopnih aparata Do sada nije bilo toliko bitno Jednosmjerno napajanje Predvidljivi potrošači Nije bilo upravljivih elemenata u mreži

Planiranje razdjelne mreže Dugoročno Optimira se trošak izgradnje i trošak vođenja mreže Izračunaju se troškovi izgradnje veze između svaka dva potrošača Traži se optimalna mreža Uz uvažavanje postojećeg stanja Postojeći kabeli Trase Koridori

Planiranje razdjelne mreže Dugoročno Dva temeljna algoritma Problem topologije mreže Kombinatorni NP hard Heurističke metode - EA, ACO, SA,… Ocjena kvalitete rješenja Ocjena tehničke ispravnosti mreže Izračun gubitaka energije Izračun očekivanih prekida napajanja ...

Topologija razdjelne mreže U slučaju kvara potrebno je osigurati rezervni smjer napajanja U pogonu su sve radijalne Radijalna mreža Prstenasta mreža Povezna mreža

Topologija razdjelne mreže Mreža s protustanicom Mreža s međustanicom

Kvaliteta električne energije Na kvalitetu EE dominantno utječe lokalna mreža i njeni korisnici Napon Velika opterećenja ili loša mreža -> velik pad napona Distribuirana proizvodnja Nesimetrija Jednofazni i dvofazni potrošači Jednofazni proizvođači (mali inverteri) THD Elektronički elementi (ispravljači, izmjenjivači,…)

Utjecaj DG na razdjelnu mrežu Distribuirana proizvodnja Ne nužno obnovljivi izvori Unutar distribucijske mreže Utjecaj na mrežu Strujno - naponske prilike ± promjena smjera energije Nadogradnja zaštitnih uređaja Nadogradnja sustava upravljanja ± gubici ± preopterećenja

Smanjenje gubitaka PL=R.|I|2 PL’=R.(|I-I’|)2 -I’ ~ I’ I R I I PL (kW) DG ~ I’ I R I I TS PL=R.|I|2 PL (kW) hour 6 12 18 24

Ograničenje snage voda S-S’ DG ~ S’ S S=P+jQ TS P (kW) sati 6 12 18 24

Utjecaj na napon distribucijski vod TS DG ~ Napon p.u. Vmax 1 p.u Vmin

DG prijatelj ili neprijatelj 0pu 1pu 1pu 2pu 2pu 1pu EES V G 1pu

DG prijatelj ili neprijatelj 0pu 1pu 1pu 4pu 2pu 1pu EES V 6pu G 1pu Poboljšane naponske prilike  Povećani gubici u mreži 

CADDiN Computer Aided Design of Distribution Network Primjenjuje se u HEP-u prilikom planiranja mreže Moguća primjena i kod prelaska na 20 kV AutoCAD Map Module Priprema geografskih podataka Izračun troška povezivanja (topološki upit) CADDiN Optimization Evolucijski algoritam TSP, MVRP Razne topologije Prikaz dobivenog rješenja na geografskoj podlozi

Rezultat optimiranja mreže

CADDiN i DG Dnevne krivulje opterećenja Klasični potrošači predvidljivi

CADDiN i DG Dnevne krivulje opterećenja Distribuirana proizvodnja (Predvidiva) Fosilna goriva Bioplin, biomasa,... CHP Zadovoljenje vlastitih potreba Tržište Nepredvidiva Varijabilni izvori Sunčane elektrane Vjetroelektrane

CADDiN i DG Dnevne krivulje opterećenja Npr. 15 minutni interval 96 proračuna za karakteristični dan Bolji uvid u stanje mreže od max. opterećenja Problem predviđanja proizvodnje DG Stohastičke metode? Tržišni mehanizmi Pojava električnih vozila Snaga punjača (brzi-spori) V2G Upravljivi potrošači i proizvođači

CADDiN i DG Neizraziti brojevi Snage potrošača i proizvođača Proizvodnja – negativna potrošnja 11 alfa presjeka

CADDiN i DG Aritmetričke operacije Intervalna aritmetika

CADDiN i DG Snage radijalnih izvoda: Za proračune potreban realan broj