Quản lý tối ưu các hệ thống điện để giảm tổn thất trong sự hiện diện của các mạng phân phối chủ động

Springer Science and Business Media LLC - Tập 103 - Trang 1725-1736 - 2021
D. Marujo1, G. L. Zanatta1, H. A. R. Floréz1
1Department of Electrical Engineering, Federal University of Technology – Paraná, Medianeira, Brazil

Tóm tắt

Được khuyến khích bởi sự gia tăng tiêu thụ năng lượng điện, việc phát điện phân tán đã được đưa rộng rãi vào hệ thống điện. Tuy nhiên, các nguồn năng lượng tái tạo có đặc tính ngắt quãng. Khi sự phát điện phân tán cao vào những thời điểm nhất định trong ngày, việc sản xuất năng lượng tại các hệ thống phân phối có thể trở nên cao hơn mức công suất cần thiết. Năng lượng dư thừa được trả lại cho hệ thống truyền tải, dẫn đến sự hình thành các mạng phân phối chủ động. Bài báo này đề xuất một phương pháp để quản lý tối ưu việc phát điện phân tán và các thiết bị điều khiển điện áp hiện có. Quá trình quản lý được thực hiện bằng cách giải một bài toán dòng điện tối ưu, nhằm tìm ra điều kiện hoạt động cho hệ thống mà tại đó các tổn thất được giảm thiểu và các hồ sơ điện áp được cải thiện. Một hệ thống truyền tải và phân phối kết hợp được đề xuất. Một số kịch bản được xem xét để đánh giá tác động của việc đưa vào phát điện phân tán và sự đóng góp của các nguồn này trong việc hỗ trợ công suất phản kháng. Các kết quả chỉ ra rằng cần có quản lý thích hợp cho các mạng phân phối chủ động, điều này phụ thuộc vào mức độ đưa vào phát điện phân tán và hệ số công suất của các nguồn phát điện.

Từ khóa

#quản lý điện #phát điện phân tán #mạng điện phân phối chủ động #tối ưu hóa #công suất phản kháng #tổn thất năng lượng

Tài liệu tham khảo

Chowdhury SP, Crossley P, Chowdhury S (2009) Microgrids and active distribution networks. Institution of Engineering and Technology (IET), Stevenage Bollen M, Fainan H (2011) Integration of distributed generation in the power system. Wiley-IEEE Press, Pistacaway Hatziargyriou N et al (2017) Techinical Report PES-TR22-contribution to bulk system control and stability by distributed energy resources connected at distribution network. IEEE Power & Energy Society, Pistacaway EPRI-Electric Power Research Institute (2014) Impact of variable generation on voltage and frequency performance of the bulk system: case studies and lessons learned. EPRI, Palo Alto Von Appen J et al (2013) Time in the sun: the challenge of high PV penetration in the German electric grid. IEEE Power Energy Mag 11(2):55–64. https://doi.org/10.1109/MPE.2012.2234407 WECC-Western Electricity Coordinating Council (2014) WECC solar power plant dynamic modeling guidelines. https://www.wecc.org/_layouts/15/WopiFrame.aspx?sourc edoc=/Reliability/WECC%20Solar%20Plant%20Dynamic%20Modeling%20Guidelines.pdf&action=default&Defau ltItemOpen=1 Accessed 12 july 2019 CEER-Council of European Energy Regulators (2017) CEER Report on power losses-Ref: C17-EQS-80-03. CEER, Brussels Gumerman EZ et al (2003) Evaluation framework and tools for distributed energy resources. Technical Report - R&D Project: 767691. Lawrence Berkeley National Lab, Berkeley. https://www.osti.gov/biblio/816218. Accessed 26 Sept 2020 Ramos A, Belmans R (2016) DSO-TSO interactions in flexibility contracting. Presented at the CIGRE Session 46, Paris Sotkiewicz P, Vignolo JM (2006) Nodal pricing for distribution networks: efficient pricing for efficiency enhancing DG. IEEE Trans Power Syst 21(2):1013–1014. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2006.873006 Covino S, Levitt A, Sotkiewicz P (2016) Chapter 22-the fully integrated grid: wholesale and retail, transmission and distribution. Future of utilities-utilities of the future, pp 417–434. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-804249-6.00022-1 Li Y et al (2018) Optimal distributed generation planning in active distribution networks considering integration of energy storage. Appl Energy 210:1073–1081. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.08.008 Aristidou P, Valverde G, Van Cutsem T (2015) Impact on transmission voltages of an advanced distribution voltage control: results of a case study. Presented at the IEEE PES General Meeting, Denver, pp 1–26. https://doi.org/10.13140/RG.2.1.1977.8320 Aristidou P, Valverde G, Van Cutsem T (2017) Contribution of distribution network control to voltage stability: a case study. IEEE Trans Smart Grid 8:106–116. https://doi.org/10.1109/TSG.2015.2474815 Wei D (2018) Two-tier static equivalent method of active distribution networks considering sensitivity, power loss and static load characteristics. Int J Electr Power Energy Syst 100:193–200. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2018.02.032 Sgouras KI et al (2017) Impact of reverse power flow on the optimal distributed generation placement problem. IET Gener Transmis Distrib 11:4626–4632. https://doi.org/10.1049/iet-gtd.2016.1791 Marujo D et al (2016) Uma proposta de operação dos sistemas de transmisso considerando redes de distribuição ativas via sistemas imunológicos artificiais. Presented at the IV Simpósio Brasileiro de Sistemas Elétricos de Potência, Natal, pp 1–9. https://doi.org/10.20906/CPS/SBSE2016-0111 Azzouz MA, Farag HE, El-Saadany EF (2017) Real-time fuzzy voltage regulation for distribution networks incorporating high penetration of renewable sources. IEEE Syst J 11:1702–1711. https://doi.org/10.1109/JSYST.2014.2330606 Bidgoli HS, Van Cutsem T (2018) Combined local and centralized voltage control in active distribution networks. IEEE Trans Power Syst 33:1374–1384. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2017.2716407 Karagiannopoulos S, Aristidou P, Hug G (2018) A centralised control method for tackling unbalances in active distribution grids. In: Presented at the 2018 power systems computation conference (PSCC), Dublin, pp 1–7. https://doi.org/10.23919/PSCC.2018.8442493 Capitanescu F (2018) TSO-DSO interaction: active distribution network power chart for TSO ancillary services provision. Electric Power Systems Research 163 Part A, pp 226–230. https://doi.org/10.1049/iet-gtd.2016.1791 Tian Z et al (2016) Mixed-integer second-order cone programing model for VAR optimization and network reconfiguration in active distribution networks. IET Gener Transmis Distrib 10(8):1938–1946. https://doi.org/10.1049/iet-gtd.2015.1228 Yemane HS, Meeus L (2018) DSO-TSO cooperation issues and solutions for distribution grid congestion management. Energy Policy 120:610–621. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2018.05.065 Silva J et al (2018) Estimating the active and reactive power flexibility area at the TSO-DSO interface. IEEE Trans Power Syst 33(5):4741–4750. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2018.2805765 Marujo D et al (2019) Active distribution networks implications on transmission system stability. J Control Autom Electr Syst 30:380–390. https://doi.org/10.1007/s40313-019-00458-x Pilatte N, Aristidou P, Hug G (2019) TDNetGen: an open-source, parametrizable, large-scale, transmission, and distribution test system. IEEE Syst J 13(1):729–737. https://doi.org/10.1109/JSYST.2017.2772914 Samaan N et al (2018) Combined transmission and distribution test system to study high penetration of distributed solar generation. In: Presented at the 2018 IEEE/PES transmission and distribution conference and exposition (T&D), Denver, pp 1–9. https://doi.org/10.1109/TDC.2018.8440238 Putra JT, Sarjiya IBSM (2015) Impact of high penetration of Photovoltaic Generation on voltage fluctuation of transmission and distribution systems. In: Presented at the 2015 2nd international conference on information technology, computer, and electrical engineering (ICITACEE), Semarang, pp 333–336. https://doi.org/10.1109/ICITACEE.2015.7437824 Balasubramaniam K, Abhyankar S (2017) A combined transmission and distribution system co-simulation framework for assessing the impact of Volt/VAR control on transmission system. In: Presented at the 2017 IEEE power & energy society general meeting, Chicago, pp 1–5. https://doi.org/10.1109/PESGM.2017.8274633 Cepel-Centro de Pesquisas de Energia Elétrica (2018) Programa Flupot-Manual do usuário versão 07.06.01. Cepel, Rio de Janeiro Anderson PM, Fouad AA (2003) The elementary mathematical model. Power systems control and stability, 2nd edn. Wiley-IEEE Press, Pistacaway, pp 38–39 Bignucolo F, Caldon R, Prandoni V (2008) Radial MV networks voltage regulation with distribution management system coordinated controller. Electr Power Syst Res 78(4):634–645. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2007.05.007 Bignucolo F (2009) Il controllo delle reti attive di distribuzione. Doctoral thesis, University of Padua Reno MJ, Deboever J, Mather B (2017) Motivation and requirements for quasi-static time series (QSTS) for distribution system analysis. In: Presented at the IEEE power & energy society general meeting, Chicago, pp 1–5. https://doi.org/10.1109/PESGM.2017.8274703. Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL (2019) A ANEEL. https://www.aneel.gov.br/a-aneel. Accessed 12 July 2019 ONS - Operador Nacional do Sistema Elétrico (2018) Procedimentos de Rede. In: Submódulo 23.3 – Diretrizes e critérios para estudos elétricos. http://www.ons.org.br/paginas/sobre-o-ons/procedimentos-de-rede/vigentes. Accessed 12 July 2019 ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica (2018) Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional PRODIST. In: Módulo 8 - Qualidade da energia elétrica. https://www.aneel.gov.br/modulo-8. Accessed 12 July 2019 Hooshmand RA, Mohkami H (2011) New optimal placement of capacitors and dispersed generators using bacterial foraging oriented by particle swarm optimization algorithm in distribution systems. Electr Eng 93:43–53. https://doi.org/10.1007/s00202-010-0191-1 Fadel W, Kilic U, Taskin S (2017) Placement of DG, CB, and TCSC in radial distribution system for power loss minimization using back-tracking search algorithm. Electr Eng 99:791–802. https://doi.org/10.1007/s00202-016-0448-4 Ali ES, Abd Elazim SM, Abdelaziz AY (2018) Optimal allocation and sizing of renewable distributed generation using ant lion optimization algorithm. Electr Eng 100:99–109. https://doi.org/10.1007/s00202-016-0477-z Givisiez AG, Petrou K, Ochoa LF (2020) A review on TSO-DSO coordination models and solution techniques. Electric Power Syst Res. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2020.106659 Gonzalez DM, Myrzik J, Rehtanz C (2020) The smart power cell concept: mastering TSO-DSO interactions for the secure and efficient operation of future power systems. IET Gener Transmission Distrib 14(13):2407–2418. https://doi.org/10.1049/iet-gtd.2019.0991 Zegers A, Brunner H (2014) TSO-DSO interaction: an Overview of current interaction between transmission and distribution system operators and an assessment of their cooperation in Smart Grids. International Smart Grid Action Network (ISAGN) Discussion Paper Annex 6 Power T&D Systems - Task 5. https://www.iea-isgan.org/wp-content/uploads/2014/02/ISGAN_DiscussionPaper_TSOD SOInteractionOverview_2014.pdf. Accessed 26 September 2020