MAGISTARSKI RAD

Goran Majstrović, Uravnoteženje opterećenja razdjelnih mreža pomoću teorije neizrazitih skupova, magistarski rad, Sveučilište u Zagrebu, Fakultet elektrotehnike i računarstva, Zavod za visoki napon i energetiku, Zagreb, Hrvatska, rujan 2001. godine

Opis: Otvaranje tržišta električne energije donosi mnoge nove mogućnosti u raznim aspektima organizacije, planiranja i vođenja elektroenergetskog sustava. Novi vlasnički odnosi i pojava konkurencije dovode do drugačijih, tržišnih odnosa između isporučitelja (opskrbljivača) i potrošača. Ukidanjem monopola i potpunim otvaranjem tržišta do najnižeg naponskog nivoa isporučitelj je primoran dodatno brinuti o mjerenju tokova energije, o povećanju sigurnosti i kvalitete opskrbe električnom energijom te o boljoj iskoristivosti elemenata svog sustava. Budući da je sustav mjerenja i toka informacija osnova za funkcioniranje tržišnog nadmetanja, očekuje se veća primjena mjernih sustava na nižim naponskim nivoima.

Tendencija svih razvijenih elektroprivrednih kompanija u svijetu je postizanje maksimalnog iskorištenja svih elemenata u mreži. Svaki element nastoji se maksimalno iskoristiti (opteretiti), prije nego se posegne za novim ulaganjima i dogradnjama. Velikim dijelom to je posljedica liberalizacije elektroenergetskog sektora i otvaranja tržišta u kojem se privatno vlasništvo u sektoru najprije oslanja na ekonomske pokazatelje poslovanja i postizanje maksimalnog profita uz zadovoljenje osnovnih tehničkih kriterija. Uz sve to nadovezuje se i veliki porast konzuma te sve veći problemi s dobivanjem novih trasa za vodove i općenito lokacija za elektroenergetska postrojenja.

Iz svega navedenog, te iz iskustva drugih zemalja, posebice SAD-a, Japana, Koreje i Indije, gdje su se predmetni problemi najprije pojavili, može se naslutiti da će problem uravnotežavanja opterećenja u razdjelnim mrežama najpovoljnijim sklapanjem prekidača biti sve istaknutiji i sve češća tema stručnih radova i rasprava. Prema tome, javlja se pojačana potreba pronalaženja efikasnih metoda za određivanje najpovoljnijeg razmještaja opterećenja po elementima sustava.

Cilj ovog rada je bio definirati metodu kojom se određuje najpovoljnije sklapanje prekidača u radijalnim mrežama, čime bi se opterećenje u promatranom sustavu pravilno raspodijelilo na sve elemente, uz istodobno simetriranje faznih opterećenja. Dakle, cilj je odrediti najpovoljnije uklopno stanje promatranog sustava s aspekta uravnoteženja opterećenja. Uravnotežavanje opterećenja može biti preventivno i korektivno. Preventivno podrazumijeva raspodjelu opterećenja prije nego što je došlo do preopterećenja, dok korektivno sklapanje podrazumijeva razmještaj opterećenja nakon nastupanja preopterećenja. Općenito se može reći da u uvjetima normalnog pogona sklapanje može biti korišteno za uravnotežavanje opterećenja transformatora i vodova i minimiziranje rizika od preopterećenja.

U ovom radu elektroenergetski sustav u kojem su svi elementi jednako relativno opterećeni predstavlja "ravnotežno opterećeni sustav". Analogno, element (pojni vod ili transformator) kojem je indeks opterećenja jednak indeksu opterećenja sustava naziva se "ravnotežno opterećeni element". Postavljeni zadatak je bio razraditi metodu temeljenu na neizrazitim skupovima kojom se neuravnoteženi sustav uravnotežava, tj. optimalno razmješta opterećenje po svim elementima tako da indeks opterećenja svih elemenata bude što bliži indeksu opterećenja sustava. Jedan aspekt problema je nejednako opterećenje po pojedinim elementima (pojnim vodovima i transformatorima). Međutim, problem se dodatno usložnjava ukoliko se osim uravnotežavanja pojnih vodova razmatra i simetriranje opterećenja po sve tri faze, uz najpovoljnije sklapanje sklopnih uređaja sa stanovišta njihovog životnog vijeka. Budući da je životni vijek sklopnih uređaja definiran ukupnim brojem provedenih sklapanja, postupak uravnotežavanja i simetriranja opterećenja je potrebno provesti uz minimalni broj sklapanja. Predstavljena metoda je primjenjiva u realnom vremenu te u postupku planiranja.

Potrebno je naglasiti da broj pojnih vodova spojenih na transformatore nije uvijek jednak. Postoje primjeri u praksi u kojima je suma nazivnih opterećenja pojnih vodova priključenih na transformator veća od njegove nazivne snage. Međutim, postoje i obrnuti slučajevi u kojima je suma nazivnih snaga pojnih vodova manja od nazivne snage pripadnog transformatora. Nadalje, broj sklapanja prekidača prilikom razmještaja opterećenja može također biti ograničavajući faktor. Naime, poznato je da životni vijek klasičnih, uljnih prekidača definiran ukupnim brojem provedenih sklapanja. Stoga je bilo potrebno definirati posebnu funkciju koja svakom sklapanju prekidača pridružuje težinski faktor. Upravo činjenica da je potrebno istovremeno razmatrati više različitih, međusobno neovisnih uvjeta pri više razmatranih varijanti pogoduje korištenju teorije neizrazitih skupova u rješavanju navedenog problema.

U ovom radu je ukratko predstavljena i Aokijeva metoda uravnotežavanja opterećenja u razdjelnim mrežama koja se koristi u EES-u SAD-a i Japana te je uspoređena s predstavljenom metodom teorije neizrazitih skupova. Pri tom su uočena značajna poboljšanja koje uvodi nova metoda.

Predstavljena metoda teorije neizrazitih skupova primijenjena je na općenitom primjeru razdjelne mreže, kao i na 10 kV mreži grada Pule.