MAGISTARSKI RAD

 

Minea Filipec, Genetski algoritam za optimalno strukturiranje poveznih razdjelnih mreža, magistarski rad, Sveučilište u Zagrebu, Fakultet elektrotehnike i računarstva, Zavod za visoki napon i energetiku, Zagreb, Hrvatska, rujan 1999. godine

 

Kratki sadržaj: 

U magistarskom radu prikazuje se nova metoda temeljena na genetskom algoritmu za optimalno strukturiranje razdjelnih mreža više prostorno zatvorenih struktura. Glede planiranja razdjelnih mreža optimalno strukturiranje jedan je od važnijih koraka jer se na temelju rezultata strukturiranja donose odluke o optimalnim veličinama i lokacijama novih transformatorskih stanica VN/SN, veličini novih transformatora u postojećim transformatorskim stanicama VN/SN, te trasama novih vodova. Korišteni operatori genetskog algoritma omogućavaju strukturiranje kompletnog područja razrade u zadanu strukturu s minimalnim investicijskim i pogonskim troškovima jednim optimizacijskim postupkom. U postupak optimiranja uključena je postojeća mreža, proračun padova napona u normalnim i izvanrednim pogonskim prilikama, gubici snage i energije te provjera termičke granice vodova i transformatora. Postupak se temelji na nizu varijantnih rješenja predloženih od strane računala te naknadno vrednovanih od strane planera, a može se primijeniti za srednjeročna i dugoročna planiranja razdjelnih mreža.

Magistarski rad podijeljen je u jedanaest dijelova.

U uvodnom dijelu rada navedena je podjela problema planiranja razdjelnih mreža, te objašnjena uloga i važnost planiranja srednjenaponskih razdjelnih mreža urbanih područja. Kraćim opisom osnovnih svojstava ovog problema naglašeni su osnovni dijelovi rada.

Drugi dio rada započinje s klasifikacijom i povijesnim pregledom poznatih optimizacijskih postupaka. U narednoj točci obrazlažu se prednosti genetskog algoritma pred ostalim optimizacijskim postupcima, pri čemu se posebno razmatra usporedba genetskog algoritma i algoritma stohastičke relaksacije te grupe algoritama poznatih pod nazivom algoritmi kretanja uzbrdo. Nakon opisa svojstava problema planiranja srednjenaponskih razdjelnih mreža, naveden je pregled do sada razvijenih postupaka za njegovo rješavanje. Posebno se razlaže podjela postupaka s obzirom na strukturu razdjelne mreže na koju se primijenjuju, zatim s obzirom na vrijeme za koje se provodi planiranje, s obzirom na uvažavanje postojećeg stanja mreže kao i s obzirom na uzimanje u obzir porasta vršnog opterećenja u transformatorskim stanicama SN/NN. Nadalje se ukratko klasificiraju i opisuju optimizacijski postupci s obzirom na algoritme koje koriste. Na kraju drugog dijela diskutira se cilj, ograničenja i pretpostavke postojećih metoda za planiranje razdjelnih mreža prostorno zatvorene strukture koje su ujedno i predmet ovog rada.

Treći dio rada posvećen je fizikalnim karakteristikama razdjelnih mreža. Nakon što su opisane osnovne strukture razdjelnih mreža, s naglaskom na one strukture koje su modelirane u radu, razmatraju se pogonske karakterisitke pojedinih struktura. Sljedeću točku čine energetska ograničenja mjerodavna za optimizacijski postupak, a čine ih pad napona, maksimalno dozvoljeno opterećenje jedne veze, maksimalno dozvoljeni broj čvorišta opterećenja u vezi, kao i termička granica vodova i transformatora. Zatim se opisuje metodologija ekonomskog vrednovanja pogonskih i investicijskih troškova za razdoblje planiranja, radi usporedbe varijantnih rješenja, a koja se temelji na metodi sadašnjih vrijednosti. Pored energetskih ograničenja navedene su i pretpostavke optimizacijskog postupka. Dan je pregled postupaka za predviđanje vršnih opterećenja koje je moguće koristiti s obzirom na razvijeni model razdjelne mreže. U posebnom dijelu rada navedeni su podaci koje je o postojećim elementima razdjelnih mreža potrebno poznavati u svrhu njihovog optimalnog restrukturiranja. Predmet zadnjeg dijela trećeg dijela rada je pomoćni algoritam postupka pripreme podataka koji na temelju raspoloživog broja vodnih polja i dozvoljenog opterećenja transformatora transformatorskih stanica VN/SN omogućava odabir broja veza između pojedinih stanica razdjelne mreže, a samim time i strukturiranje različitih prostorno zatvorenih razdjelnih mreža.

Četvrti dio rada započinje s pregledom osnovnih komponenti i pojmova prirodne selekcije. Nakon kraćeg opisa osnovnih koraka, operatora i reprezentacije rješenja klasičnog genetskog algoritma, razlaže se matematička podloga koja objašnjava konvergenciju klasičnog genetskog algoritma u globalni optimum. Sljedi pregled osnovnih grupa evolucijskih algoritama koji su razvijeni za rješavanje specifičnih optimizacijskih problema, a koji jednako kao i klasični genetski algoritmi simuliraju prirodni proces evolucije i nasljeđivanja. Naredni dio četvrtog dijela rada posvećen je operatorima i parametrima genetskog algoritma predstavljenog u ovom radu za optimalno strukturiranje razdjelnih mreža. Posebno je istaknuta reprezentacija rješenja i postupak dekodiranja koji omogućavaju provođenje postupka optimalnog strukturiranja kompletnog područja razrade s više transformatorskih stanica VN/SN odjednom, i to ne samo na temelju investicijskih i stalnih pogonskih troškova, već i varijabilnih pogonskih troškova. Opisani su postupci formiranja početne populacije, procjene prikladnosti i selekcije korišteni u genetskom algoritmu. Osim toga analiziran je utjecaj različitih funkcija kazne, operatora križanja i mutacije, te različitih parametara genetskog algoritma (veličina populacije, intenzitet selekcijskog odabira, broj evolucijskih ciklusa, vjerojatnost mutacije) na konvergenciju genetskog algoritma.

Na primjeru jednostavnog optimizacijskog problema, u petom dijelu rada provedena je usporedba genetskog algoritma s ostalim dostupnim algoritmima. Nakon kraćeg opisa tijeka postupka optimiranja realnih razdjelnih mreža, provjerena je primjenjivost i uspješnost genetskog algoritma u rješavanju dva realna problema optimiranja složene strukture razdjelne mreže užeg centra grada Zagreba.

Ostali dijelove rada čine zaključna razmatranja, kratki sadržaj na hrvatskom i engleskom jeziku, popis upotrebljenih oznaka, te popis literature. 

Ključne riječi:

elektroenergetski sustav, razdjelne mreže, povezna struktura mreže, stuktura mreže s protustanicom, struktura mreže s međustanicom, optimizacijski postupci, genetski algoritam