Event-driven state estimation in electric distribution systems
Elektrik dağıtım sistemlerinde olay güdümlü durum kestirimi
- Tez No: 470651
- Danışmanlar: Assist. Prof. Dr. MELTEM ELİTAŞ, Prof. Dr. ASIF SABANOVIC
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 187
Özet
Modern güç şebekesinin doğası ve şekli daha zeki, esnek ve daha güvenilir hale gelirken gelişmektedir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının artan nüfuzu, modern güç dağıtım şebekelerinin karmaşıklığını arttırmakta ve sistem izleme ve kontrolü açısından yeni zorluklar ortaya koymaktadır. Durum kestirimi, elektrik iletim sistemlerini izleme ve kontrol merkezlerinde kullanılan enerji yönetim sistemlerinin en kritik bileşenlerinden biridir. Durum kestirimi algoritmaları iletim şebekeleri için iyi geliştirilmiş olmasına ve son birkaç on yılda kullanılmasına rağmen dağıtım ağlarında bu araçların, temel ölçüm şebekesinin olmaması ve sıklıkla değişen şebeke topolojisinden dolayı ağ gözlemlenebilirliği gibi nispeten daha fazla zorlukla karşılaşması muhtemeldir. Bu nedenle, bu tez, olay güdümlü topoloji işlemcisini topolojik anahtarlama varlığında birleştiren ve Yapay Sinir Ağı temelli kestirim modelini SE formülasyonuna entegre ederek ağ gözlemlenebilirlik sorununu çözer. Ve son olarak dağıtım sistemleri için farklı statik ve dinamik kestiriciler sınıflarını değerlendirir ve unscented Kalman filtresine dayanan gürbüz durum kestirimcisini önermektedir. Topoloji işleme, kestirim sürecini gerçekleştirmeden önce operasyonel ağ yapılandırmasını belirleyen, durum kestirimcisinin önemli bir fonksiyonudur. Bu çok önemlidir, çünkü yanlış topoloji bilgisi yanlış durum kestirimlerine neden olabilir ve bu da yanlış kontrol dizisinin üretilmesine neden olur. Bu tez, elektrik dağıtım sistemi için bir olay güdümlü topoloji işlemcisi implementasyonunu açıklar. Bu uygulama, bir model bankasında saklanan birçok kritik konfigürasyondan doğru topolojinin tanımlanmasını takiben dağıtım sisteminin sistem konfigürasyonundaki (veya topolojisindeki) değişikliğin tespit edilmesini içerir. Dağıtım seviyesinde ölçme altyapısının eksikliği nedeniyle, bu algoritma daha az mevcut gerçek sistem ölçümü ile çalışır. Bu algoritma IEEE 6 bus, IEEE 14 bus ve pratik bir Orta Gerilim Danimarka Elektrik Dağıtım ağı için doğrulanmış ve sonuçlar bu tezin 3. Bölümünde sunulmuştur. Ağ gözlemlenebilirliği, DSSE algoritmasının yürütülmesinden önce yapılması gereken ikinci önemli işlevdir. Dağıtım sistemi seviyesinde ölçme altyapısının olmaması nedeniyle, gerçek zamanlı sistem ölçümleri yok denecek kadar azdır ki bu da dağıtım ağlarının gözlemlenebilir hale getirilmesi için yetersizdir. Sistem durumu kestirimini ortaya koymak için, ağın gözlemlenebilir olması gerekir; bu durum kestiriminin biricik bir çözüme yakınsaması gerektiği anlamına gelir. Bu tezde, elektrik dağıtım şebekelerinin şebeke gözlemlenebilirliği sorunu yük tahmini kullanılarak çözülmüştür. Dağıtım sistemlerinde ağ gözlenebilirliğini sağlamak için YSA'ya dayalı bir durum tahmini tekniği önerilmiştir. Bu algoritma, sistem durumunu tahmin etmek ve yük tahminlerini (veya sahte ölçümler) oluşturmak için tahmini yük verilerini kullanır. Algoritma, IEEE test ağları için doğrulanmış ve çeşitli çalışma koşulları için gerçek hayatta orta gerilim dağıtım ağı ve etkinliği haklı gösterilmiştir. Topoloji işlemcisinden ve gözlemlenebilirlik analizcisinden gelen bilgiler sistem durumunun belirlenmesinde SE algoritması tarafından kullanılır. Literatür, güç sistemlerine, özellikle de dağıtım sistemlerine uygulanan farklı kestirim sınıflarını (statik ve dinamik) içermektedir. Bu tez, dağıtım sistemleri için Ağırlıklı En Küçük Kareler (WLS), genişletilmiş Kalman filtresi (EKF), unscented Kalman filtresi (UKF) gibi statik ve dinamik durum kestirimcilerinin değerlendirilmesini içerir. Geliştirilmiş UKF algoritması yüksek ölçüm gürültüsü olan durumlarda dağıtım sistemleri için geliştirildi ve onaylandı. Bu yeni algoritmaya IUKF denmiştir. Etkililiğini göstermek için, farklı gürültü senaryoları altında geleneksel UKF ile karşılaştırılmıştır ve IUKF'nin UKF'den daha iyi performans sergilediği gösterilmiştir. IUKF, diğer tahmincilerle (WLS, EKF) karşılaştırılmıştır. Maksimum mutlak sapma (MAD), Maksimum Mutlak Yüzde Hatası (MAPE), Kök-ortalama-karekök hata (RMSE) ve genel performans-endeksi (J) gibi çeşitli istatistiksel performans metrikleri, çeşitli ölçüm gürültü senaryoları altında karşılaştırmalı analiz edildi. Mevcut ve önerilen IUKF algoritmaları, IEEE 30, 33 ve 69 bus sistemleri gibi IEEE test dağıtım ağları için doğrulanmaktadır.
Özet (Çeviri)
The nature and shape of the modern power grid is evolving as it is becoming more intelligent, flexible and more reliable. The increasing penetration of renewable energy resources is increasing the complexity of the modern power distribution networks and is posing new challenges in terms of system monitoring and control. State estimation is one of the most critical component of energy management systems employed in monitoring and control centres of transmission systems. Although state estimation algorithms are well developed for transmission networks and have been in operation for the last few decades, in distribution networks these tools are likely to face more challenges comparatively such as network observability due to lack of underlying metering network and frequently changing network topology. Therefore, this dissertation presents novel distribution system state estimation (DSSE) algorithm that incorporates event-driven topology processor in the presence of topological switching, integrates Artificial Neural-Network based forecasting model into SE formulation which solves the network observability problem, and finally evaluates different classes of static and dynamic estimators for distribution systems and proposes unscented Kalman filter based robust state estimator. Topology processing is an important function of state estimator that determines the operational network configuration prior to carrying out the estimation process. This is very crucial because wrong topology information can result in wrong state estimates which in turn will lead to generation of wrong control sequence. The dissertation presents an event-driven topology processor implementation for electric distribution system. This implementation includes detection of change in system configuration (or topology) of distribution system followed by identification of correct topology out of many critical configurations stored in a model bank. Due to lack of metering infrastructure at the distribution level, this algorithm works with less available real-system measurements. This algorithm is validated for IEEE 6 bus, IEEE 14 bus and a practical Medium Voltage Danish Electrical Distribution network and the results are presented in Chapter 3 of this dissertation. Network observability is second important function that need to be carried out before the execution of DSSE algorithm. Due to lacking metering infrastructure at the distribution system level there are very few or no real-time system measurements, which are insufficient for making the distribution networks observable. In order to come up with system state estimate, it is required that network be observable, which means that state estimation should be able to converge to a unique solution. In this dissertation, network observability of electric distribution networks is solved by using load estimation. An ANN-based state estimation technique is proposed to achieve network observability in distribution systems. This algorithm uses demand forecasted load data for estimating system state and generating the load estimates (or pseudo measurements). The algorithm is validated for IEEE test networks and a real-life medium voltage distribution network for diverse operating conditions, and its effectiveness is justified. Information from topology processor and observability analyzer is used by the SE algorithm for determining the system state. The literature contains different classes of estimator (static and dynamic) applied to the power systems especially distribution systems. This dissertation involves evaluation of both static and dynamic state estimators such as Weighted Least Squares (WLS), extended Kalman filter (EKF), unscented Kalman filter (UKF) for distribution systems. An improvement in the conventional UKF algorithm, namely IUKF, is proposed and validated for distribution systems for cases of high measurement noise. In order to show its effectiveness, it is compared with the conventional UKF under different noise scenarios, and it is shown that IUKF outperforms UKF. IUKF is also compared with other estimators (WLS, EKF). Various statistical performance metrics such as Maximum-absolute-deviation (MAD), Maximum-absolute-percent error (MAPE), Root-mean-square-error (RMSE) and overall-performance-index (J), are used to quantify the comparative analysis under various measurement noise scenarios. The existing and the proposed IUKF algorithms are validated for IEEE test distribution networks such as IEEE 30, 33 and 69 bus systems.
Benzer Tezler
- Elektrikli araç şarj yüklerinin raslantısal benzetimi ve alçak gerilim dağıtım şebekesine etkisi
Stochastic modelling of electric vehicle charging load and its impacts on low voltage distribution networks
ÖNDER POLAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖMER GÜL
- Modelling and state of charge estimation of lithium-ion batteries
Lityum bazlı batarya hücrelerininmodelleme ve şarj durumu tahmini
MANİ KAZIMI
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN GÖKAŞAN
- A novel method to estimate state of charge of li-based batteries
Lityum bazlı batarya hücrelerinin özgün bir yöntem ile şarj durumu tahmini
EYMEN İPEK
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT YILMAZ
- Li-iyon batarya modelinin en uygunlaştırılması ve batarya bozunumunun incelenmesine katkılar
Contributions to optimization of Li-ion battery models and analysis of battery degradation
HAKAN İNCESU
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DERYA AHMET KOCABAŞ
- Çok makinalı güç sistemlerinde parametre adaptif kontrol yönteminin incelenmesi
Investigation of parameter adaptive control method for MMPS
AYŞEN DEMİRÖREN
Doktora
Türkçe
1993
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. M. EMİN TACER