Economic criteria for optimizing the number and load factor of mining transformers

Purpose. This article discusses how to choose the optimal number and load factor, respectively the economic power in the first year of mining power transformers operation. The analysis is carried out based on technical-economic criteria. In this regard, two economic criteria are proposed for a detailed analysis, namely the minimum updated total expenses criterion and the minimum power and energy losses criterion. Methods. For determining the number and the optimal load factor, the paper presents mathematical models for the two eco-nomic criteria used. The results obtained by the presented methods are simulated using Matlab for several series of under-ground mining transformers. Also, it is assumed that the load remains constant over the year. Findings. The article confirms the possibility of using the analyzed economic criteria for establishing the optimal number of mining transformers as well as the optimal load factor, respectively the optimal power for the first year of operation. The difficulty of the research is related to the loss time assessment. Also, the paper presents the performed comparative analysis of the two implications. Originality. This research provides a novel approach, by the detailed presentation of the two criteria used for describing the objective functions which have to be minimized in order to gain the optimum, referring strictly to mining transformers, which represents a novelty for power engineering in mining. Practical implications. The methods described in the article can be successfully used in the case of new mining power networks which are going to be designed, and in the case of those currently in operation. Economic criteria analysed also provide results for the economical regime of mining transformers which corresponds to minimum energy loss. Therefore, this case also results in significant energy savings, i.e. lower economic criteria used.Мета. У статті обговорюється проблема вибору оптимального числа шахтних трансформаторів, визначення коефіцієнта їх навантаження і рентабельності протягом першого року експлуатації. Методика. Для визначення кількості трансформаторів і оптимального коефіцієнта їх навантаження запропонована математична модель на базі двох використаних економічних критеріїв: мінімальні скориговані загальні витрати та мінімальні втрати потужності й енергії. Отримані результати лягли в основу моделі, побудованої за допомогою Matlab для декількох серій підземних шахтних трансформаторів. Прийнято, що навантаження зберігається постійним протягом року. Результати. У статті підтверджена можливість використання аналізованих економічних критеріїв для визначення оптимального числа шахтних трансформаторів і оптимального коефіцієнта їх навантаження а, отже, оптимальної потужності протягом першого року їх експлуатації. Складність дослідження полягала в оцінці часових втрат. Крім того, у статті були представлені результати та порівняльний аналіз двох використаних економічних критеріїв. Встановлено, що оптимальним рішенням є використання трансформатора з номінальною потужністю, найближчою до теоретичного значення, отриманого в результаті розрахунків SNTmax. Результати, отримані при моделюванні, показують, що значення факторів навантаження, відповідно, оптимальної потужності шахтних трансформаторів, вище, ніж у поверхових, оскільки відношення втрат вище. Наукова новизна. Дослідження засноване на інноваційному підході, при якому детальне представлення двох критеріїв використано для опису об’єктивних функцій, що підлягають мінімізації, з метою отримання оптимальних рішень для шахтних трансформаторів. Даний підхід є принципово новим у галузі гірничої електроенергетики. Практична значимість. Методи, запропоновані в статті, можуть бути успішно застосовані як у разі проектування нових шахтних електричних мереж, так і для мереж, які вже перебувають в експлуатації. Аналізовані економічні критерії дозволяють встановити найбільш економічний режим експлуатації шахтних трансформаторів, при якому втрати енергії будуть мінімальні, що, в свою чергу, призведе до її суттєвої економії.Цель. В статье обсуждается проблема выбора оптимального числа шахтных трансформаторов, определения коэффициента их нагрузки и рентабельности в течение первого года эксплуатации. Методика. Для определения количества трансформаторов и оптимального коэффициента их нагрузки предложена математическая модель на базе двух использованных экономических критериях: минимальные скорректированные общие издержки и минимальные потери мощности и энергии. Полученные результаты легли в основу модели, построенной с помощью Matlab для нескольких серий подземных шахтных трансформаторов. Принято, что нагрузка сохраняется постоянной в течение года. Результаты. В статье подтверждена возможность использования анализируемых экономических критериев для определения оптимального числа шахтных трансформаторов и оптимального коэффициента их нагрузки и, следовательно, оптимальной мощности в течение первого года их эксплуатации. Сложность исследования заключалась в оценке временных потерь. Кроме того, в статье были представлены результаты и сравнительный анализ двух использованных экономических критериев. Установлено, что оптимальным решением является использование трансформатора с номинальной мощностью, ближайшей к теоретическому значению, полученному в результате расчетов SNTmax. Результаты, полученные при моделировании, показывают, что значения факторов нагрузки, соответственно, оптимальной мощности шахтных трансформаторов, выше, чем у поверхностных, поскольку отношение потерь выше. Научная новизна. Исследование основано на инновационном подходе, при котором детальное представление двух критериев использовано для описания объективных функций, подлежащих минимизации с целью получения оптимальных решений для шахтных трансформаторов. Данный подход является принципиально новым в области горной электроэнергетики Практическая значимость. Методы, предложенные в статье, могут быть успешно применены как в случае проектирования новых шахтных электрических сетей, так и для сетей, уже находящихся в эксплуатации. Анализируемые экономические критерии позволяют установить наиболее экономичный режим эксплуатации шахтных трансформаторов, при котором потери энергии будут минимальны, что, в свою очередь, приведет к ее существенной экономии.The authors state that this research received no specific grant from any funding agency in the public, commercial, or not-for-profit sectors

A virtual power plant model for time-driven power flow calculations

This paper presents the implementation of a custom-made virtual power plant model in OpenDSS. The goal is to develop a model adequate for time-driven power flow calculations in distribution systems. The virtual power plant is modeled as the aggregation of renewable generation and energy storage connected to the distribution system through an inverter. The implemented operation mode allows the virtual power plant to act as a single dispatchable generation unit. The case studies presented in the paper demonstrate that the model behaves according to the specified control algorithm and show how it can be incorporated into the solution scheme of a general parallel genetic algorithm in order to obtain the optimal day-ahead dispatch. Simulation results exhibit a clear benefit from the deployment of a virtual power plant when compared to distributed generation based only on renewable intermittent generation.Peer ReviewedPostprint (published version

Optimization of the operation of smart rural grids through a novel rnergy management system

The paper proposes an innovative Energy Management System (EMS) that optimizes the grid operation based on economic and technical criteria. The EMS inputs the demand and renewable generation forecasts, electricity prices and the status of the distributed storages through the network, and solves with an optimal quarter-hourly dispatch for controllable resources. The performance of the EMS is quantified through diverse proposed metrics. The analyses were based on a real rural grid from the European FP7 project Smart Rural Grid. The performance of the EMS has been evaluated through some scenarios varying the penetration of distributed generation. The obtained results demonstrate that the inclusion of the EMS from both a technical point of view and an economic perspective for the adopted grid is justified. At the technical level, the inclusion of the EMS permits us to significantly increase the power quality in weak and radial networks. At the economic level and from a certain threshold value in renewables’ penetration, the EMS reduces the energy costs for the grid participants, minimizing imports from the external grid and compensating the toll to be paid in the form of the losses incurred by including additional equipment in the network (i.e., distributed storage).Postprint (published version

Affine arithmetic-based methodology for energy hub operation-scheduling in the presence of data uncertainty

In this study, the role of self-validated computing for solving the energy hub-scheduling problem in the presence of multiple and heterogeneous sources of data uncertainties is explored and a new solution paradigm based on affine arithmetic is conceptualised. The benefits deriving from the application of this methodology are analysed in details, and several numerical results are presented and discussed

Optimal security-constrained power scheduling by Benders decomposition

This paper presents a Benders decomposition approach to determine the optimal day-ahead power scheduling in a pool-organized power system, taking into account dispatch, network and security constraints. The study model considers the daily market and the technical constraints resolution as two different and consecutive processes. The daily market is solved in a first stage subject to economical criteria exclusively and then, the constraints solution algorithm is applied to this initial dispatch through the redispatching method. The Benders partitioning algorithm is applied to this constraints solution process to obtain an optimal secure power scheduling. The constraints solution includes a full AC network and security model to incorporate voltages magnitudes as they are a critical factor in some real power systems. The algorithm determines the active power committed to each generator so as to minimize the energy redispatch cost subject to dispatch, network and security constraints. The solution also provides the reactive power output of the generators, the value of the transformers taps and the committed voltage control devices. The model has been tested in the IEEE 24-bus Reliability Test System and in an adapted IEEE 118-bus Test System. It is programmed in GAMS mathematical modeling language. Some relevant results are reported.Publicad

A goal programming methodology for multiobjective optimization of distributed energy hubs operation

This paper addresses the problem of optimal energy flow management in multicarrier energy networks in the presence of interconnected energy hubs. The overall problem is here formalized by a nonlinear constrained multiobjective optimization problem and solved by a goal attainment based methodology. The application of this solution approach allows the analyst to identify the optimal operation state of the distributed energy hubs which ensures an effective and reliable operation of the multicarrier energy network in spite of large variations of load demands and energy prices. Simulation results obtained on the 30 bus IEEE test network are presented and discussed in order to demonstrate the significance and the validity of the proposed method

Priority Events Determination For The Risk-oriented Management Of Electric Power System

The task of risk-oriented management of the electric power system in conditions of multi-criteria choice is considered. To determine the most effective measures, the implementation of which will reduce the magnitude of the risk of an emergency situation, multi-criteria analysis methods are applied. A comparative analysis of the multi-criteria alternative (ELECTRE) ranking method based on utility theory and the Pareto method, which defines a subset of non-dominant alternatives, is carried out. The Pareto method uses in its algorithm only qualitative characteristics of the advantage and allows only to distinguish a group of competitive solutions with the same degrees of non-dominance. Given the large number of evaluation criteria, the Pareto method is ineffective because the resulting subset of activities is in the field of effective trade-offs, when no element of the set of measures can be improved without degrading at least one of the other elements. The ELECTRE method is a pairwise comparison of multi-criteria alternatives based on utility theory. This method allows to identify a subset of the most effective activities. The number of elements of the resultant subset is regulated by taking into account the coefficients of importance of optimization criteria and expert preferences

SQUID developments for the gravitational wave antenna MiniGRAIL

We designed two different sensor SQUIDs for the readout of the resonant mass gravitational wave detector MiniGRAIL. Both designs have integrated input inductors in the order of 1.5 muH and are planned for operation in the mK temperature range. Cooling fins were added to the shunt resistors. The fabricated SQUIDs show a behavior that differs from standard DC-SQUIDs. We were able to operate a design with a parallel configuration of washers at reasonable sensitivities. The flux noise saturated to a value of 0.84 muPhi0/radicHz below a temperature of 200 mK. The equivalent noise referred to the current through the input coil is 155 fA/radicHz and the energy resolution yields 62 h