A reconfiguration algorithm for a dc zonal electric distribution system based on graph-theory methods

Abstract

In many applications, self contained Electric Power Distribution Systems (EPDS) require high survivability under fault conditions. A fault produces an immediate change in the system topology resulting in potential loss of energy to critical system components and system collapse. During fault conditions, it is required for the EPDS to maintain a minimum level of functionality. To achieve this goal, it is necessary to have supervisory control systems that can reconfigure the system topology from a fault condition to a new topology that meets minimal operation requirements. This thesis presents an reconfiguration algorithm for EPDS, specifically for DC Zonal Electric Distribution Systems (DCZEDS), which solves the reconfiguration problem as a maximum flow optimization problem for power balance under safe operating conditions that takes load priority into consideration and minimizes the switching operations to achieve the new EPDS topology. The main tool is graph- theory, where the reconfiguration problem is solved by solving a multi-objective network flow optimization problem. Simulation results are presented that demonstrate the functionality of the proposed approach.

En muchas aplicaciones, la distribución de potencia en sistemas autocontenidos requieren alta estabilidad bajo condiciones de falla. Una falla produce un cambio inmediato en la topología del sistema, ocasionando una potencial pérdida de energía para los sistemas críticos y que el sistema colapse. Durante condiciones de falla, los sistemas de distribución de potencia requieren mantener un nivel mínimo de funcionalidad. Para alcanzar esta meta, es necesario tener systemas para control supervisorio que puedan reconfigurar la topología del sistema desde una condición de falla hacia una nueva topología que reuna los requerimientos de operación mínima. Esta tesis presenta un algoritmo de reconfiguración para sistemas de distribución de potencia autocontenidos, específicamente para sistemas zonales DC (DC ZEDS), el cual resuelve el problema de reconfiguración como un problema de optimización de flujo máximo para balance de potencia bajo condiciones de operación seguras, considerando la prioridad de cargas y minimizando las operaciones de conmutación para alcanzar la nueva topología del sistema. La herramienta utilizada es la teoría de grafos, donde el problema de reconfiguración es resuelto solucionando un problema multiobjetivo de optimización de flujo en redes. Resultados de simulación son presentados para demostrar la funcionalidad del algoritmo propuesto.