Particle swarm optimisation with applications in power system generation

This thesis was submitted for the degree of Doctor of Philosophy and awarded by Brunel University, 12/06/2007.Today the modern power system is more dynamic and its operation is a subject to a number of constraints that are reflected in various management and planning tools used by system operators. In the case of hourly generation planning, Economic Dispatch (ED) allocates the outputs of all committed generating units, which are previously identified by the solution of the Unit Commitment (UC) problem. Thus, the accurate solutions of the ED and UC problems are essential in order to operate the power system in an economic and efficient manner. A number of computation techniques have progressively been proposed to solve these critical issues. One of them is a Particle Swarm Optimisation (PSO), which belongs to the evolutionary computation techniques, and it has attracted a great attention of the research community since it has been found to be extremely effective in solving a wide range of engineering problems. The attractive characteristics of PSO include: ease of implementation, fast convergence compared with the traditional evolutionary computation techniques and stable convergence characteristic. Although the PSO algorithms can converge very quickly towards the optimal solutions for many optimisation problems, it has been observed that in problems with a large number of suboptimal areas (i.e. multi-modal problems), PSO could get trapped in those local minima, including ED and UC problems. Aiming at enhancing the diversity of the traditional PSO algorithms, this thesis proposes a method of combining the PSO algorithms with a real-valued natural mutation (RVM) operator to enhance the global search capability and investigate the performance of the proposed algorithm compared with the standard PSO algorithms and other algorithms. Prior to applying to ED and UC problems, the proposed method is tested with some selected mathematical functions where the results show that it can avoid being trapped in local minima. The proposed methodology is then applied to ED and UC problems, and the obtained results show that it can provide solutions with good accuracy and stable convergence characteristic with simple implementation and satisfactory calculation time. Furthermore, the sensitivity analysis of PSO parameters has been studied so as to investigate the response of the proposed method to the parameter variations, especially in both ED and UC problems. The outcome of this research shows that the proposed method succeeds in dealing with the PSO' s drawbacks and also shows the superiority over the traditional PSO algorithms and other methods in terms of high quality solutions, stable convergence characteristic, and robustness.Royal Thai Government; King Mongkut's Institute of Technology North Bangko

ผลกระทบของกระแสพุ่งเข้าจากการสวิตชิงต่อคาปาซิเตอร์แบงก์แรงดันปานกลาง กรณีศึกษา กฟน. The Impact of Inrush Current from Medium Voltage Capacitor Banks Switching: A Case Study of MEA

การเพิ่มเสถียรภาพของระบบไฟฟ้ากำลังด้วยการเพิ่มระดับแรงดันในระบบส่งจ่ายไฟฟ้าเป็นวิธีหนึ่งที่ใช้ในระบบไฟฟ้ากำลังของการไฟฟ้านครหลวง (กฟน.) วิธีการคือการชดเชยกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ (Reactive Power) จากการสวิตชิงคาปาซิเตอร์แบงก์เข้าไประบบในระบบไฟฟ้าด้วยการใช้เซอร์กิตเบรกเกอร์ (Circuit Breaker) เชื่อมต่อคาปาซิเตอร์แบงก์ (Capacitor Bank) จะทำให้เกิดกระแสพุ่งเข้า (Inrush Current) ที่มีปริมาณกระแสสูงซึ่งอาจทำให้คาปาซิเตอร์แบงก์เกิดความชำรุดเสียหายได้ดังนั้นงานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาผลกระทบกระแสพุ่งเข้า กรณีการใช้เซอร์กิตเบรกเกอร์เพื่อเชื่อมต่อคาปาซิเตอร์แบงก์ด้วยการสร้างแบบจำลองระบบไฟฟ้าด้วยโปรแกรมวิเคราะห์ทรานเซียนต์ ATP-EMTP จากการศึกษาพบว่า ปริมาณของกระแสและแรงดันขณะทำการสวิตชิงคาปาซิเตอร์แบงก์ซึ่งจะทำศึกษาผลกระทบการสวิตชิง 2 กรณี คือ กรณีศึกษาที่ 1 การสวิตชิงจ่ายไฟคาปาซิเตอร์แบงก์เพียง 1 ชุด ซึ่งผลการจำลองพบว่าจะเกิดกระแสไฟฟ้าขึ้นสูงสุดมีค่า 1.610 กิโลแอมแปร์โดยเกิดขึ้นในเฟส A ที่มุม 90 และ 270 องศา และแรงดันที่เกิดขึ้นสูงสุดเกิดขึ้นในเฟส A มีค่า 16.751 กิโลโวลต์ ที่มุม 90 และ 270 องศา กรณีศึกษาที่ 2 การสวิตชิงจ่ายไฟคาปาซิเตอร์แบงก์เพียง 1 ชุด ขณะที่คาปาซิเตอร์แบงก์อีกชุดต่อใช้งานอยู่ซึ่งผลการจำลองพบว่าจะเกิดกระแสไฟฟ้าขึ้นสูงสุดมีค่า 1.829 กิโลแอมแปร์ ที่มุม 90 และ 270 องศา เกิดขึ้นในเฟส A และแรงดันที่เกิดขึ้นสูงสุดเกิดขึ้นในเฟส A มีค่า 17.832 กิโลโวลต์ ที่มุม 90 และ 270 องศาIncreasing the stability of the power system is one of the methods used in the Metropolitan Electricity Authority (MEA). This method compensates the reactive power from switching the capacitor banks into the electrical system by using a circuit breaker to connect the capacitor bank. From the switching a high level of inrush current will be generated which can cause serious damage to the capacitor bank. Therefore, this study investigates the impact of inrush current using circuit breaker to connect the capacitor bank by modeling electrical system with ATP-EMTP transient analysis program. The result of the study reveals that the current and voltage while switching the capacitor bank can be determined the effect of switching on two cases. Case 1: The simulation of switching power supply capacitor bank for one set showed that the peak current was 1.610 kA in phase A at 90 and 270 degrees and the maximum voltage in phase A was 16.751 kV at 90 and 270 degrees. Case 2: the simulation of switching power supply capacitor bank for set together with another capacitor bank, showed the peak current was 1.829 kA at 90 and 270 degrees in phase A and the maximum voltage in phase A was 17.832 kV at 90 and 270 degrees

ผลกระทบจากการรบกวนทางไฟฟ้าต่อความถี่ในสถานีไฟฟ้าย่อย กรณีศึกษาระบบไฟฟ้ากำลังของ กฟน.The Impact of Frequency System Change from Electrical Disturbance in Power Substation: A Case Study of MEA Power System

ในระบบจำหน่ายของการไฟฟ้านครหลวง (กฟน.) มีหลายครั้งที่เกิดเหตุการณ์ที่ทำให้รีเลย์ความถี่ต่ำ (Under Frequency Relay) ทำงานแค่สถานีเดียวจึงทำให้ไฟฟ้าดับชั่วขณะในขณะที่สถานีไฟฟ้าย่อยอื่นๆที่อยู่ใกล้เคียงยังคงจ่ายไฟฟ้าตามปกติซึ่งเป็นปัญหาที่ไม่ทราบสาเหตุ บทความนี้จึงเป็นการศึกษาปัจจัยรบกวนระบบไฟฟ้าด้วยวิธีการสร้างแบบจำลองระบบส่งจ่ายไฟฟ้ากำลังด้วยโปรแกรมวิเคราะห์ทรานเซียนต์ ATP-EMTP โดยจำลองสาเหตุที่เกิดขึ้นจริงในสถานีไฟฟ้าย่อยของการไฟฟ้านครหลวงที่จะทำให้รีเลย์ความถี่ต่ำทำงาน คือ 1) ฮาร์มอนิก (Harmonic) ในระบบไฟฟ้า 2) การสวิตช์ชิ่งขณะที่มีฟอลต์ (Fault) และ 3) ผลจากเซอร์กิตเบรกเกอร์ (Circuit Breaker) ทำงานด้านสถานีไฟฟ้าที่จ่ายโหลด โดยผลการศึกษาจากแบบจำลองระบบไฟฟ้าพบว่า ปัจจัยรบกวนระบบไฟฟ้าที่เกิดจากผลของฮาร์มอนิกในระบบไฟฟ้าไม่มีผลทำให้ความถี่ของระบบไฟฟ้าลดลง ปัจจัยรบกวนระบบไฟฟ้าที่เกิดจากสาเหตุเซอร์กิตเบรกเกอร์ทำงานด้านสถานีไฟฟ้าย่อยที่จ่ายโหลดมีผลทำให้ความถี่มีคาบเวลาที่เปลี่ยนแปลงลดลง 10.72% และสาเหตุการสวิตช์ชิง (Switching) ของระบบไฟฟ้าด้วยการปลด/สับ เซอร์กิตเบรกเกอร์ขณะที่มีฟอลต์มีผลทำให้ความถี่ของระบบลดลง 27.2%In the Metropolitan Electricity Authority (MEA)’s power distribution system, there Is the possibility of power failure several times due to the under frequency relay operating only on a single power substation causing temporary blackout in that local area while others power substations nearby are still working. which is still the unsolved problem. This paper studies the factor of electrical disturbance by modeling power transmission systems with simulation and analysis of power system transients (ATP-EMTP) by simulating the actual distribution system in the power stations of the Metropolitan Electricity Authority to cause under frequency relay works which are: 1) Harmonic in the electrical system, 2) Switching in the presence of a fault and 3) The result of the circuit breaker operation on the substation. The results from the electrical system model found that electrical disturbances caused by harmonic effects in the electrical system do not affect the frequency of the electrical system, electrical disturbances caused by the circuit breaker operating at the substation resulted in frequency shift decrease by 10.72% and the the electrical system switching by closed / opened circuit breakers while having a fault resulted in frequency shift decrease by 27.2%

การจ่ายโหลดอย่างประหยัดโดยพิจารณาการสูญเสียในสายส่งด้วยวิธีการเชิงพันธุกรรม

This research presents the development of Genetic Algorithm (GA) method application in Economic Dispatch (ED) problem considering transmission line losses as well as the operating constraints i.e. power balance constraint, and operating limit constraints. The main aim of this research is to enhance the performance of the traditional Genetic Algorithm by combining with a heuristic approach so as to improve the quality of the population and prevent the solutions from violating the constraints. The performance of the proposed GA method is validated by testing on two of different characteristics of cost function. In this study, two different cost functions are therefore adopted as follows: (1) ED problem with smooth cost function, (2) ED problem with non-smooth cost function. In addition, the transmission network losses are taken into account as well. The outcome from the experiment shows that the proposed GA method has provided a good performance compared with the traditional methods. Moreover, it can be applied to solve ED problem considering other constraints that make the ED problem more practical