doctoral thesis
Nevena Srećković (Author), Gorazd Štumberger (Mentor)

Abstract

Tehnološki razvoj ter aktualne politične odločitve in okoljevarstvene zaveze predstavljajo gonilo za pospešujoče preoblikovanje distribucijskega omrežja električne energije. Tako se nekoč pasivni del elektroenergetskega omrežja, čisto porabniškega značaja, spreminja v aktivnega, ki z vedno večjim deležem sodeluje tudi pri proizvodnji električne energije. Z novimi zahtevami obratovanja omrežja se posledično pojavljajo novi aktivni elementi in nove storitve ter tudi potreba po naprednih algoritmih načrtovanja, nadzora, vodenja in optimizacije delovanja omrežja. Vse elemente omrežja, na katere lahko vplivamo in s katerim lahko sodelujemo pri obratovanju omrežja, oziroma elemente, ki lahko aktivno sodelujejo pri proizvodnji, shranjevanju in porabi električne energije (proizvodni viri, porabniki - odjemalci, regulacijski transformatorji, električna vozila, hranilniki energije, daljinsko vodena ločilna mesta itd.), označimo za aktivne elemente omrežja. Bistvo aktivnih elementov je, da lahko vplivamo na njihovo delovanje in da se na naše zahteve tudi odzivajo. Ob njihovem ustreznem delovanju lahko dosežemo večjo prožnost obratovanja omrežja in tudi nadzorovano obratovanje omrežja v skrajnih, še vedno dopustnih obratovalnih scenarijih, ki prinašajo številne ugodnosti s stališča izboljšanega delovanja omrežja. Hkrati pa bodo z načrtovano uvedbo naprednih merilnih sistemov na voljo natančnejši podatki o stanju v omrežju, ki predstavljajo vhodne podatke za delovanje algoritmov. Izgube električne energije v omrežju nastanejo zaradi tokov, ki tečejo skozi impedance določenih elementov in predstavljajo nezanemarljiv strošek obratovanja omrežja. Na primer v Sloveniji se red velikosti izgub v distribucijskih omrežjih na letni ravni giblje okoli vrednosti 0,6 TWh in v povprečju predstavlja 5 % prevzete električne energije. S povečanjem napetostnega nivoja je delež nastalih izgub manjši zaradi manjših tokov skozi elemente omrežja. Problem optimizacije obratovanja predvsem srednje- in nizkonapetostnih omrežij, v smislu zmanjšanja izgub električne energije, je zaradi tega bistvenega pomena. Izgube se lahko zmanjšujejo s številnimi ukrepi, kot so rekonfiguracija radialnega omrežja ali prehod na zazankano obratovanje, zamenjava vodnikov z vodniki večjih presekov, optimalna umestitev razpršenih virov in njihova optimalna generacija jalove moči, postavitev kompenzatorjev jalove moči, upravljanje porabe, izboljšanje energetske učinkovitosti naprav itn. V splošnem je na omenjenem področju možno zaslediti izjemno veliko število raziskav in objav. Ta doktorska disertacija je osredotočena na ukrepe in usklajene kombinacije ukrepov, vezane na rekonfiguracijo omrežja, delovanje regulacijskih transformatorjev ter umestitev in optimalno generacijo jalove moči razpršenih virov električne energije. Strehe objektov v urbanih okoljih predstavljajo velike, večinoma neizkoriščene površine, primerne za izkoriščanje sončne energije. Pričakovati je, da bodo te zaradi političnih odločitev in okoljevarstvenih zavez imele bistveno vlogo pri priključitvi fotonapetostnih sistemov v distribucijsko omrežje. Zaradi čim učinkovitejše umestitve je bistvenega pomena ovrednotenje sončnega potenciala (povprečno prejeto sončno obsevanje na izbrani površini) in fotonapetostnega potenciala, ki predstavlja električno energijo, ki jo je možno proizvesti na obravnavani površini, ob upoštevanju karakteristik izbranega fotonapetostnega sistema. Omejitev določitve solarnega in fotonapetostnega potenciala leži v dejstvu, da dobimo le podatek, koliko električne energije je možno dobiti na neki površini. Pri tem ne ovrednotimo, kako bi dodatni pretoki energije, kot posledica novih proizvodnih enot, vplivali na obratovalne razmere v omrežju. Optimalna umestitev fotonapetostnih sistemov je že bila omenjena v prejšnjih odstavkih, vendar izključno s stališča obratovanja omrežja, in sicer s ciljem minimizacije izgub električne energije. Zanimivo raziskovalno vprašanje, ki je postavljeno v ospredje te doktorske disertacije, je, kako izbrati tiste lokacije, ki bi bile ustrezne s stališča obojega: tako s stališča obratovanja distribucijskega omrežja kot s stališča največjega fotonapetostnega potenciala. Obstoječe raziskave se ne poglobijo v problem, na kakšen način ob znanem fotonapetostnem potencialu izbrati tiste lokacije, s katerim bomo dosegli največje koristi za distribucijsko omrežje. V disertaciji predpostavimo, da ovrednotenje fotonapetostnega potenciala ni zadosten kriterij pri iskanju strešnih površin, ustreznih za postavitev fotonapetostnih sistemov, in da ob hkratnem upoštevanju časovno odvisnega obratovanja distribucijskega omrežja znane konfiguracije lahko dosežemo boljše rezultate. Pri tem bomo tudi ovrednotili, kakšne koristi omrežju lahko prinese upoštevanje časovno odvisnega obratovanja naštetih aktivnih elementov.

Keywords

distribution network;optimization of operation;active network elements;PV system placement;minimization of losses;Elektrika;Disertacije;Proizvodnja;Napajanje;

Data

Language: English
Year of publishing:
Typology: 2.08 - Doctoral Dissertation
Organization: UM FERI - Faculty of Electrical Engineering and Computer Science
Publisher: [N. Srećković]
UDC: 621.311.1-048.34(043.3)
COBISS: 19223299 Link will open in a new window
Views: 1301
Downloads: 262
Average score: 0 (0 votes)
Metadata: JSON JSON-RDF JSON-LD TURTLE N-TRIPLES XML RDFA MICRODATA DC-XML DC-RDF RDF

Other data

Secondary language: Slovenian
Secondary title: Optimizacija obratovanja distribucijskega omrežja z vključevanjem razpršene proizvodnje in uporabo aktivnih elementov
Secondary abstract: Distribution Networks (DNs) are evolving from a once passive to an active part of the electricity network. This evolution is driven by the current political and environmental decisions, Directives and Incentives, as well as the technological development, observed in the everincreasing integration of renewable energy resources, advanced network control and measurement devices, the upcoming energy exibility market, etc. This Doctoral Thesis deals with the problem of optimization of the technical aspects of a DN operation, enabled by the proliferated integration of the photovoltaic systems (PV) and other active devices. The main objective of the Thesis is the optimization of a DN operation in terms of minimization of electrical energy losses while ensuring the proper voltage profiles and preventing thermal overloadingof lines. Therefore, three Differential Evolution-based optimization procedures were developed and tested on real medium and low voltage DNs. The first methodology determines the optimal rooftop surfaces for the installation of PV systems, yielding minimum annual energy losses. It is based on the simultaneous consideration of high-resolution spatio-temporal solar and PV potential data, as well as long-term measured profiles of consumption and generation of electrical energy within the network of a given configuration. The second algorithm minimizes network losses in a time-discrete operation point, by determining the optimal operation of the following active elements: PV systems capable of cooperation in reactive power provision, On-Load Tap Changer equipped transformer substations and remotely controlled switches for network reconfiguration. The final algorithm was developed by a proper consolidation of the first two approaches, yielding the synergistic effects expressed as the increase of loss reduction and network exibility. The results of the performed case studies show that the locations of the highest suitability for PV installation with respect to the solar energy availability, are not necessarily the best choice from the network operation standpoint. Therefore, both standpoints should be considered simultaneously when choosing the rooftop surfaces for PV installation. Furthermore, by determining optimal hourly operation of the considered active elements, not only the additional reduction of annual network losses was achieved, but also increased accommodation of the PV systems that doesn't violate operation constraints.
Secondary keywords: distribucijsko omrežje;optimizacija obratovanja;aktivni elementi;umestitev fotonapetostnih sistemov;doktorske disertacije;
Type (COBISS): Doctoral dissertation
Thesis comment: Univ. v Mariboru, Fak. za elektrotehniko, računalništvo in informatiko
Pages: XXV, 119 str.
ID: 11820733