Μείωση απωλειών και βελτίωση αξιοπιστίας δικτύων διανομής ηλεκτρικής ενέργειας μέσω ανασχηματισμού της τοπολογίας τους για πραγματικές συνθήκες λειτουργίας

Abstract

The scope of this doctorate dissertation is the solution of the problem of loss reduction by network reconfigurations in Distribution Networks (DNs) in real time, and at the same time the investigation of potential reliability improvement. At first the implementation of a Multiagent System (MAS) that deals with both aforementioned problems is examined. In this analysis it is considered that the installation of MAS in DNs aims to optimize the problem of faults isolation and power restoration to the maximum possible number of customers within the minimum possible time period after the fault occurance. At the same time the analysis investigates whether the MAS’s installation could contribute in real time management of the network for loss reduction due to the increased automation level that incurs. The results of this analysis show that optimization of both problems presupposes universal automation upgrade in the DN and based on feasibility studies that are presented, the payback time for the required investments could be determined. Next, o novel algorithm that incorporates load variations in the problem of network reconfigurations for loss reduction is presented. It is assumed that the implementation of the proposed algorithm simulates real operational conditions since it takes into account the stochastic load variations and thus, it examines the influence of these variations to the necessary switching operations for optimal reconfigurations. The algorithm is implemented in 3 DNs of the published literature and in a real segment of the urban DN of Thessaloniki. Useful conclusions are depicted regarding the tolerance in load variations that defines whether a new reconfigured topology should be searched or not for real operational conditions. Finally, a novel method is proposed concerning selective automation upgrade in DNs that result in near optimum management for loss reduction in real time, and at the same time contributes in significant reliability improvement.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται την επίλυση του προβλήματος μείωσης των απωλειών στα ΔΔΗΕ μέσω ανασχηματισμού της τοπολογίας τους και ταυτόχρονα της βελτίωσης της αξιοπιστίας τους σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας. Αρχικά εξετάζεται η δυνατότητα χειρισμού των ΔΔΗΕ σε πραγματικό χρόνο με την εφαρμογή ενός Πολυπρακτορικού Συστήματος (ΠΣ) για την επίλυση των δύο προαναφερθέντων προβλημάτων. Σε αυτή την ανάλυση θεωρείται ότι η εγκατάσταση του ΠΣ στις γραμμές ΜΤ των ΔΔΗΕ πραγματοποιείται για την βελτιστοποίηση του προβλήματος απομόνωσης σφαλμάτων και αποκατάστασης τροφοδοσίας στο μέγιστο δυνατό αριθμό καταναλωτών. Ταυτόχρονα εξετάζεται και η δυνατότητα χειρισμών για μείωση απωλειών σε πραγματικό χρόνο εφόσον η εγκατάσταση του ΠΣ συνεισφέρει στην αύξηση του επιπέδου αυτοματισμού στο δίκτυο. Η ανάλυση που πραγματοποιήθηκε δείχνει ότι η βέλτιστη επίλυση αυτών των προβλημάτων απαιτεί καθολική αναβάθμιση του επιπέδου αυτοματισμού και οι οικονομοτεχνικές μελέτες που συντάχθηκαν καθόρισαν το απαιτούμενο χρονικό διάστημα για την απόσβεση των προβλεπόμενων επενδύσεων για νέο αναβαθμισμένο εξοπλισμό στα δίκτυα. Στη συνέχεια αναπτύσσεται ένας αλγόριθμος για την ενσωμάτωση των μεταβολών των φορτίων στο πρόβλημα μείωσης των απωλειών στα ΔΔΗΕ μέσω ανασχηματισμού της τοπολογίας τους. Θεωρείται ότι μέσω της διαδικασίας που υλοποιείται από τον αλγόριθμο προσομοιώνονται πραγματικές συνθήκες λειτουργίας εφόσον λαμβάνονται υπόψη οι στοχαστικές μεταβολές των φορτίων, και επιδιώκεται η ανίχνευση της επίδρασης αυτών των μεταβολών στους απαραίτητους διακοπτικούς χειρισμούς. Ο αλγόριθμος εφαρμόζεται σε 3 πρότυπες τοπολογίες από τη διεθνή βιβλιογραφία και σε ένα πραγματικό τμήμα του ΔΔΗΕ της Θεσσαλονίκης. Μέσω των προσομοιώσεων που υλοποιήθηκαν εξάγονται χρήσιμα συμπεράσματα για την ανοχή στις μεταβολές των φορτίων που επιβάλλει την ανάγκη διερεύνησης καινούργιας λύσης για το πρόβλημα μείωσης των απωλειών σε πραγματικό χρόνο. Τέλος με βάση τα αποτελέσματα του προτεινόμενου αλγορίθμου προτείνεται μία προσέγγιση επιλεκτικής αναβάθμισης του επιπέδου αυτοματισμού στα ΔΔΗΕ που επιφέρει σχεδόν βέλτιστη διαχείριση σε πραγματικό χρόνο για μείωση των απωλειών και ταυτόχρονα σημαντική βελτίωση της αξιοπιστίας τους.