Modelling and Optimal Operation of Electric Distribution Network

1. ModellingandOptimalOperationof Electric DistributionNetwork Matija Zidar ACROSS Colloquium 14.12.2012.

2. Elektroenergetski sustav

3. Distribucijska mreža Distribucijska mreža

4. Distribucijska mreža Stalni nadzor i upravljanje

5. Distribucijska mreža

6. 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

7. 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,...)

8. 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 • ...

9. 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

10. 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

11. 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

12. 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 • ...

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

14. Topologija razdjelne mreže Mreža s protustanicom Mreža s međustanicom

15. 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,…)

16. 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

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

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

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

20. 2pu 2pu 1pu DG prijatelj ili neprijatelj 0pu 1pu 1pu EES V G 1pu

21. 2pu 1pu DG prijatelj ili neprijatelj 0pu 1pu 1pu 4pu EES V 6pu G 1pu Poboljšane naponske prilike  Povećani gubici u mreži 

22. CADDiN • ComputerAidedDesignofDistributionNetwork • Primjenjuje se u HEP-u prilikom planiranja mreže • Moguća primjena i kod prelaska na 20 kV

25. Rezultat optimiranja mreže

26. CADDiN i DG • Dnevne krivulje opterećenja • Klasični potrošači predvidljivi

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

28. 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

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

30. CADDiN i DG • Aritmetričke operacije • Intervalna aritmetika

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