The Determination of the Convenient Number of Transformers on Electricity Distribution Systems

Öz

In this study, a cost analysis was performed for an energy distribution system including the initial investment costs, power loss, maintenance-repairment expenses in time and the benefit of the system for various power demands and lengths of power line. Enough and necessary number of the identical transformers was investigates to reach the maximum profit. Hence, the maximum benefit and the shortest depreciation time were taken into account. Swallow type cables are used as small cross section cables and Hawk type cables with large cross sections. That thick section cables are effective for energy loss, but in reality the enormous cost is caused by the transformer itself, depending on its capacity. A multi-objective optimization problem was solved by means of the maximum value of the ratio of the maximum benefit or the shortest depreciation time instead of taking them solely. 

Anahtar Kelimeler

• Transformers
• optimization
• cost analysis
• electricity distribution systems
• multi-objective optimization

Elektrik Dağıtım Sistemlerinde İdeal Transformatör Sayısının Belirlenmesi

Öz

Bu çalışmada, bir enerji dağıtım sisteminin, başlangıçtaki yatırım giderlerinin, güç kayıplarının, zaman içerisinde olacak bakım-onarım giderlerinin ve sistemin maddi getirisinin dahil edildiği, çeşitli kapasitede güç gereksinimi ve şebeke uzunlukları için maliyet analizi gerçekleştirilmiştir. Kazancın en yüksek durumda olabilmesi için yeterli sayıda ve gereklilikte özdeş transformatörün sayıca miktarı incelenmiştir. Bunun için, en yüksek kazanç ve en kısa amortisman süresi dikkate alınmıştır. Küçük kesitli kablo olarak Swallow, büyük kesitli kablo olarak Hawk türü kablolar kullanılmıştır. Kalın kesin kesitli kabloların enerji kaybını önlemek için etkili olduğu, ancak gerçekte çok büyük maliyetin transformatörün kapasitesine bağlı olarak kendisinin neden olduğu gösterilmiştir. İdeal sayıda transformatörün tespiti için tek başına en yüksek kazancı ya da en kısa amortisman süresini almak yerine bu ikisinin birbirine en yüksek oranının ele alınmasıyla çok amaçlı bir optimizasyon problemi çözülmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Transformatör
• optimizasyon
• maliyet analizi
• elektrik dağıtımı sistemleri
• çok amaçlı optimizasyon

Kaynakça

1. [1] Kimbark E.W., “Direct Current Transmission”, Vol.1, John-Wiley+Sons, New Jersey, (1971).
2. [2] Padiyar K.R, “HVDC Power Transmissions Systems”, John Wiley+Sons, New Jersey, (1990).
3. [3] Majeed I.B., Eduful G. ve Normanyo E., “Determination of Optimum Number of Unit Transformers for High Voltage Distribution System”, International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), 4(5): 607-609, (2015).
4. [4] Daut I., Ahmad D.M. M, Zakaria S., Uthman S. and Taib S., “Comparison of Losses and Flux Distribution in Three-Phase, 100kVA Distribution Transformer Assembled from Various Types of T Joint Geometry”, American Journal of Applied Sciences, 3: 1990 – 1992, (2006).
5. [5] Hui L., Li H., Bei H., Shunchang Y., “Application research based on improved genetic algorithm for optimum design of power transformers,” in Proceeding of the Fifth International Conference on Electrical Machines and Systems ICEMS 2001, Shenyang, 1: 242-245, (2001).
6. [6] Scott M. J. and Antonsson E. K., “Compensation and Weights for Trade-offs in Engineering Design: Beyond the Weighted Sum”, Journal of Mechanical Design, 127(6): 1045 – 1055, (2005).
7. [7] Levitin G, Mazal Tov S., Elmakis D., “Optimal insulation in radial distribution networks”, Elect. Pow. Sys. Res., 37: 97-103, (1996).
8. [8] Ravadenegh S.N., Roshanagh R.G, “A heurestic algorithm for optimal multistage sizing, siting and timing of MV distribution substations”, Elect. Pow. Sys. Res., 105: 134-141, (2013).

9. [9] El-Fouly T.H.M. et al, “A new optimization model for distribution substation siting, sizing and timing”, Elec. Pow. and En. Sys., 30: 308-315, (2008).
10. [10] Geromel L. H., Souza C. R., “The applications of intelligent systems in power transformer design,” Canadian Conference Electrical and Computer Engineering IEEE CCECE 2002, 1: 285-290, (2002).
11. [11] Geromel L. H., Souza C. R., “Designing the power transformer via the application of intelligent systems,” in Proc. 10th Mediterranean Conference on Control and Automation (MED2002), Lisbon, July, (2002).
12. [12] Haghifam M.R., Shahabi M, “Optimal location and sizing of HV/MV substations in uncertainty load environment using genetic algorithm”, Elect. Pow. Sys. Res. , 63: 37-50, (2002).
13. [13] Georgilakis, “A review of power distribution planning in the modern power systems era: Models, methods and future research”, Elect. Pow. Sys. Res., 121: 89-100, (2015). [14] Mazhari S.M., Monsef H., “Dynamic sub-transmission substation expansion planning using learning automata”, Elect. Pow. Sys. Res., 96: 255-266, (2013).
14. [15] Jordehi A.R., “Optimization of electric distribution systems: A review”, Renewable and Sustainable Energy Reviews , 51: 1088-1100, (2015).
15. [16] Yunusoğlu A., “Köy Elektrifikasyonu Proje Rehberi”, TEK, Ankara, (1974).
16. [17] Yılmaz B., “Şehir Elektrik Dağıtım Şebekeleri Projeleri”, Bizim Büro Basımevi, Ankara, (2011).
17. [18] Yunusoğlu A., “34.5 kV Enerji Nakil Hatları (cilt-2)”, Korza Yayıncılık, Ankara, (2014).
18. [19] www.oznurkablo.com.tr/urunler/aluminyum-havai-hat-iletkenleri/orgulu-aluminyum-celik-ozlu-iletkenler-acsr, “Örgülü alüminyum Çelik Özlü İletkenler”, (2019).
19. [20] turkish.aluminiumalloyconductors.com, “Guangzhou Xinyuan Hengye Power Transmission Device Co., Ltd”, (2019).
20. [21] TEDAŞ, Elektrik Proje ve Tesis Birim Fiyat Kitabı, Ankara, (2018).
21. [22] www.torekselectric.com, “Toreks Elektromekanik Servis Hizmetleri Ltd. Şti.”, (2019).