Оптимальное размещение средств компенсации реактивной мощности с помощью метода дифференциальной эволюции

Павел Юрьевич Губин, Антон Александрович Малахов, Ксения Владимировна Рындина

Аннотация


Компенсация реактивной мощности в сетях высокого напряжения применяется и должна применяться в качестве инструмента повышения надежности и энергоэффективности электроснабжения, которые подразумевают обеспечение целого ряда показателей работы сетей: от поддержания требуемых уровней напряжения и допустимых токовых загрузок элементов до обеспечения нормируемого значения коэффициента мощности и снижения потерь электроэнергии. Из-за  необходимости учета инвестиционной привлекательности проекта проблема выбора оптимальных мощностей и мест установки средств компенсации становится многофакторной задачей, требующей комплексного моделирования сетей электроснабжения в комбинации с применением специальных математических методов поиска оптимальных решений. В данной работе представлена методика оптимального размещения компенсирующих устройств по критерию максимума чистого дисконтированного дохода с учетом потерь электроэнергии за расчетный период и требований к уровням напряжения на шинах подстанций сети на основе метаэвристического метода дифференциальной эволюции. При этом в качестве базы для моделирования и выполнения расчетов используется программный комплекс DIgSILENT PowerFactory 2020. Предлагаемый подход позволяет осуществить выбор наилучших мест установки устройств компенсации реактивной мощности и их параметров из предопределенного расчетчиком модельного ряда и одновременно принять во внимание сетевые ограничения и приведенные затраты для произвольного периода планирования, что продемонстрировано на примере 14-узловой модели IEEE.


Ключевые слова


электрическая сеть; средство компенсации реактивной мощности; метод дифференциальной эволюции; чистый дисконтированный доход; потери электрической энергии; DIgSILENT PowerFactory

Полный текст:

PDF

Литература


Lewin P.L., Themed J.E., Davies A.E., Larsen S.T. Method for rating power cables buried in surface troughs. IEE Proceedings: Generation, Transmission and Distribution, 1999, vol. 146, no. 4, pp. 341–359.

Nepomniachtchi V.A Ekonomicheskie poteri ot narusheniy elektrosnabzheniya potrebiteley [Economic losses from power supply disruptions to consumers]. Moscow, Moscow Power Engineering Institute Publ., 2010. 188 p.

Gurevich Yu.E., Libova L.E. Primenenie matematicheskikh modeley elektricheskoy nagruzki v rasche-takh ustoychivosti energosistem i nadezhnosti elektrosnabzheniya promyshlennykh potrebiteley [Application of mathematical models of electrical load in calculating the stability of power systems and the reliability of power supply to industrial consumers]. Moscow, ELEKS-KM Publ., 2008. 248 p.

Belyaevsky R.V. [Formation of the target function and system of restrictions when optimizing the placement of compensating devices in the electrical networks of territorial grid organizations]. Vestnik Kuzbasskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Bulletin of the Kuzbass State Technical Univer-sity], 2017, vol. 5, pp. 150–155 (in Russ.) DOI: 10.26730/1999-4125-2017-5-150-155

Etemadi A.H., Fotuhi-Firuzabad M. Distribution system reliability enhancement using optimal capacitor placement. IET Generation, Transmission and Distribution, 2008, vol. 2, no. 5, pp. 621–631. DOI: 10.1049/iet-gtd:20070515

Tretyakov E.A., Malysheva N.N., Krause A.V. [Optimization of the structure of compensating devic-es].

Izvestiya Transsiba [Proceedings of the Trans-Siberian Railway], 1999, vol. 4, pp. 15–20. (in Russ.)

Efremenko V.M., Belyaevsky R.V. [Calculation of the optimal placement of compensating devices by

the method of Lagrange multipliers]. Vestnik Kuzbasskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Bulletin of the Kuzbass State Technical University], 2012, vol. 6, pp. 138–141. (in Russ.)

Saenko Yu.L., Lyubartsev V.V. [The use of neural networks in the optimization of the reactive power mode in branched electrical networks]. Elektrifikaciya transporta [Transport electrification], 2016, vol. 12, pp. 53–58. (in Russ.)

Vlatskaya L.A., Semenova N.G. [Application of genetic algorithms in problems of placement of com-pensating devices], 2019, vol. 4, pp. 21–28. (in Russ.)

Swarnkar A., Gupta N., Niazi K.R. Optimal placement of fixed shunt capacitors for large-scale distri-bution systems using genetic algorithms. IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference Europe, 2010, pp. 621–631. DOI: 10.1109/isgteurope.2010.5638938

Dutta S., Roy P.K., Nandi D. Optimal location of STATCOM using chemical reaction optimization for reactive power dispatch problem. Ain Shams Engineering Journal, 2016, vol. 7, no. 1, pp. 233–247. DOI: 10.1016/j.asej.2015.04.013

Abou El-Ela A.A., El-Sehiemy R.A., Kinawy A.-M., Mouwafi M.T. Optimal capacitor placement in distribution systems for power loss reduction and voltage profile improvement. IET Generation, Transmission and Distribution, 2016, vol. 10, no. 5, pp. 1209–1221. DOI: 10.1049/iet-gtd.2015.0799

Fard A.K., Niknam T. Optimal stochastic capacitor placement problem from the reliability and cost views using firefly algorithm. IET Science, Measurement and Technology, 2014, vol. 8, no. 5, pp. 260–269. DOI: 10.1049/iet-smt.2013.0231

Singh S.P., Rao A.R. Optimal allocation of capacitors in distribution systems using particle swarm optimization. International Journal of Electrical Power and Energy Systems, 2012, vol. 43, no. 1, pp. 1267–1275. DOI: 10.1016/j.ijepes.2012.06.059

POWERFACTORY APPLICATIONS // DIgSILENT | POWER SYSTEM SOLUTIONS. Available at: https://www.digsilent.de/en/powerfactory.html (accessed 30.03.2021).

Metropolis N., Rosenbluth A.W. Equation of State Calculations by Computer. Chemical Physics, 1953, vol. 21, pp. 1087–1092.

Storn R., Price K. Differential Evolution – A Simple and Efficient Adaptive Scheme for Global Optimization over Continuous Spaces. Journal of Global Optimization, 1997, vol. 11, pp. 341–359. DOI: 10.1023/a:1008202821328

Monakhov O.G., Monakhova E.A., Toktoshov G.Y. [Algorithm of differential evolution in the prob-lems of optimization of routes for laying engineering networks]. Mashinostroenie i komp'juternye tekhnologii [Mecha¬nical Engineering and Computer Technologies], 2015, vol. 9, pp. 135–144. (in Russ.)

Eshchin E.K. [Differential evolution in control of state of asynchronous motors]. Vestnik Kuzbasskogo

gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Bulletin of the Kuzbass State Technical University], 2013, vol. 3, pp. 98–101. (in Russ.)

Gubin P.Yu., Oboskalov V.P. [Application of the differential evolution method in the problem of planning repairs of generating equipment]. Izvestiya RAN. Energetika [Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Energy], 2021, vol. 2, pp. 1–14. (in Russ.)

Faibisovich D.L., Karapetyan I.G., Shapiro I.M. Spravochnik po proektirovaniju elektrich-eskiy setey [Handbook for the design of electrical networks]. 4th ed., revised, and add. Moscow, ENAS Publ., 2012. 376 p.

Dickert J., Hable M., Schegner P. Energy loss estimation in distribution networks for planning pur-poses. 2009 IEEE Bucharest PowerTech, 2009, pp. 1–6. DOI: 10.1109/ptc.2009.5281997

Ananicheva S.S., Myzin A.L. Skhemy zameshheniya i ustanovivshiesya rezhimy elektricheskiy setey [Replacement circuits and steady-state modes of electrical networks]. 6th ed., rev. Ekaterinburg, UrFU Publ., 2012. 80 p.

Test schemes. Energy Department of the Institute of Socio-Economic and Energy Problems of the North of the Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences. Available at: http://energy.komisc.ru/dev/test_cases (accessed 13.04.2021).

Batteries of static capacitors (BSC) 6–220 kV. SlavEnergo. Electrotechnical plant. Available at: https://slavenergo.ru/batarei_bsk (accessed 14.04.2021).

Condensing units. Energozapad. Industrial and commercial electrotechnical enterprise. Available at: http://energozapad.ru/ukrl56 (accessed 14.04.2021).




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/power210207

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.