Optimal Capacitor Placement and Sizing in Unbalanced Distribution Systems With Harmonics Consideration Using Particle Swarm Optimization

ABSTRACT

Shunt capacitors installation in distribution systems requires optimal placement and sizing. More harmonics  are being injected into distribution systems. Adding shunt capacitors may lead to high distortion levels. The capacitor placement and sizing problem is a nonlinear integer optimization problem, with locations and ratings of shunt capacitors being discrete values. The goal is to minimize the overall cost of the total real power loss and that of shunt capacitors while satisfying operating and power quality constraints. This paper proposes to solve the problem using particle swarm optimization (PSO). A discrete version of PSO is combined with a radial distribution power flow algorithm (RDPF) to form a hybrid PSO algorithm (HPSO). The former is employed as a global optimizer to find the global optimal solution, while the latter is used to calculate the objective function and to verify bus voltage limits. To include the presence of harmonics, the developed HPSO was integrated with a harmonic power flow algorithm (HPF). The proposed (HPSO-HPF)-based approach is tested on an IEEE 13-bus radial distribution system (13-Bus-RDS). The findings clearly demonstrate the necessity of including  harmonics in optimal capacitor placement and sizing to avoid any possible problems associated with  harmonics.

INTRODUCTION

SHUNT capacitors are commonly used in distribution systems to reduce power losses, improve voltage  profile, and release system capacity. The achievement of such benefits among other benefits depends greatly on how optimally these shunt capacitors are installed. Studies have indicated that approximately 13% of  generated power is consumed as loss at the distribution level. In addition, with the application of loads, the voltage profile tends to drop along distribution feeders below acceptable operating limits. Along with power losses and voltage drops, the increasing growth in electricity demand requires upgrading the infrastructure of distribution systems. Shunt capacitors can be of great help in enhancing the performance of distribution  systems. Distribution systems are inherently unbalanced for several reasons. First, distribution  systems supply single and three-phase loads through distribution transformers. Second, the phases of transmission  lines are unequally loaded. Third, unlike those in transmission systems overhead lines in distribution systems are not transposed. Due to the widespread use of harmonic-producing equipment in distribution systems, harmonics are propagated throughout those systems. Harmonics are undesirable and cause equipment overheating due to the excessive losses and potential malfunctioning of electric equipment.

چکیده

نصب خازن شونت در سیستم های توزیع نیاز به قرار دادن و اندازه گیری مطلوب دارد. بیشتر هارمونیک ها به سیستم های توزیع تزریق می شوند. اضافه کردن خازن های شنت ممکن است به سطوح اعوجاج بالا منجر شود. مشکل قرار دادن و اندازه گیری خازن یک مسئله بهینه سازی عددی غیرخطی است، با مکان و رتبه بندی خازن های شانت مقادیر گسسته است. هدف این است که به طور کلی هزینه های کل خسارت واقعی و خازن های شانت را در حالی که رضایت محدودیت های عملکرد و قدرت را کاهش می دهد، به حداقل برسانند. این مقاله پیشنهاد می کند مشکل را با استفاده از بهینه سازی ذرات ذرات (PSO) حل کند. یک نسخه گسسته از PSO با یک الگوریتم جریان جریان توزیع شعاعی (RDPF) برای تشکیل یک الگوریتم PSO ترکیبی (HPSO) ترکیب شده است. اولی به عنوان یک بهینه ساز جهانی برای یافتن راه حل مطلوب جهانی کار می کند، در حالی که دوم برای محاسبه تابع هدف و برای بررسی ولتاژ های باند استفاده می شود. برای حضور هارمونیک ها، HPSO توسعه یافته با الگوریتم جریان هارمونیک جریان (HPF) هماهنگ شده است. رویکرد مبتنی بر پیشنهادی (HPSO-HPF) بر روی یک سیستم توزیع شعاعی 13 بایت IEEE (13-Bus-RDS) آزمایش شده است. یافته ها به وضوح نشان می دهد ضرورت استفاده از هارمونیک ها در قرار دادن و اندازه گیری خازن مطلوب برای جلوگیری از هر گونه مشکلی ممکن است در ارتباط با هارمونیک است.

مقدمه

خازن های SHUNT معمولا در سیستم های توزیع برای کاهش تلفات قدرت، بهبود مشخصات ولتاژ و ظرفیت سیستم آزاد استفاده می شود. دستیابی به مزایای دیگر در میان مزایای دیگر به میزان قابل توجهی بستگی دارد که این خازن های شونت به طور مطلوب نصب شده اند. مطالعات نشان داده اند که حدود 13 درصد از تولید تولید شده به عنوان زیان در سطح توزیع مصرف می شود. علاوه بر این، با استفاده از بارها، مشخصات ولتاژ در کنار فیدرهای توزیع پایینتر از حد قابل قبول عملیاتی قرار دارد. همراه با تلفات برق و افت ولتاژ، افزایش رشد تقاضای برق نیاز به ارتقاء زیرساخت سیستم های توزیع دارد. خازن های شونت می توانند در افزایش عملکرد سیستم های توزیع کمک زیادی کنند. سیستم های توزیع به دلایل مختلف نا متعادل هستند. اول، سیستم های توزیع بارهای تک و سه فاز را از طریق ترانسفورماتورهای توزیع عرضه می کنند. دوم، مراحل انتقال خطوط نابرابر بارگذاری می شوند. سوم، برخلاف آنچه که در سیستم های انتقال است، خطوط هوایی در سیستم های توزیع انتقال نمی یابند. با توجه به استفاده گسترده از تجهیزات تولید هارمونیک در سیستم های توزیع، هارمونی ها در سراسر این سیستم ها پخش می شوند. هارمونیک ها ناخوشایند هستند و باعث بروز بیش از حد دستگاه به علت تلفات بیش از حد و ناتوانی در عملکرد برق می شوند.

Year: 2010

Publisher : IEEE

By : Abdelsalam A. Eajal, and M. E. El-Hawary

File Information: English Language/ 8 Page / size: 549 KB

Download

سال : 1389

ناشر : IEEE

کاری از : Abdelsalam A. Eajal و M. E. Elhawary

اطلاعات فایل : زبان انگلیسی / 8 صفحه / حجم : KB 549

لینک دانلود