Μέθοδος Ελεγχόμενης Νησιδοποίησης Για Την Αποφυγή Κατάρρευσης Του Συστήματος

Abstract

Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη μεθόδων ελεγχόμενης νησιδοποίησης ενός δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας, με σκοπό να αποφευκτεί η κατάρρευση του. Όταν συμβεί μια διαταραχή σε ένα σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας, εφαρμόζονται έλεγχοι ώστε το σύστημα να οδηγηθεί σε μια νέα κατάσταση ισορροπίας όπου ικανοποιούνται οι περιορισμοί. Αν οι έλεγχοι αποτύχουν, τα συστήματα προστασίας ενεργοποιούνται ώστε να προστατέψουν τα στοιχεία του συστήματος από ανεπανόρθωτες βλάβες. Κάτι τέτοιο μπορεί να χωρίσει το σύστημα σε ασταθείς νησίδες ή σε νησίδες που αδυνατούν να ικανοποιήσουν ένα μεγάλο ποσοστό της ζήτησης, και λόγω αλλεπάλληλων διακοπών το δίκτυο οδηγείται σε κατάρρευση. Η ελεγχόμενη νησιδοποίηση είναι η έσχατη λύση ώστε να αποφευκτεί η κατάρρευση του συστήματος και σκοπός είναι η εύρεση των γραμμών που θα αποσυνδεθούν ώστε να σχηματιστούν ευσταθείς νησίδες που ικανοποιούν το ισοζύγιο ισχύος. Η απόφαση του ποιες γραμμές θα αποσυνδεθούν εξαρτάται από το σφάλμα και από την προ σφάλματος κατάσταση του συστήματος. Η εργασία χωρίζεται σε 2 μεγάλα μέρη. Το Μέρος Α αποτελεί το θεωρητικό σκέλος της εργασίας, και αναπτύσσεται στα Κεφάλαια 1 και 2. Το Μέρος Β αποτελεί το πειραματικό σκέλος της εργασίας, με προσομοίωση των μεθόδων νησιδοποίησης στα πρότυπα δίκτυα IEEE -9, -39 και -118 ζυγών, και αναπτύσσεται στα Κεφάλαια 3 ως 8. Πιο αναλυτικά: Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται αναφορά στα μπλακάουτ ηλεκτρικών δικτύων. Αναφέρονται τα αίτια πρόκλησής τους και οι επιπτώσεις τους σε διάφορες πτυχές του κοινωνικού συνόλου. Έπειτα γίνεται μια ιστορική αναδρομή των μεγαλύτερων καταγεγραμμένων μπλακάουτ που έχουν συμβεί παγκοσμίως, αναλύοντας τόσο τον τρόπο που προκλήθηκαν όσο και τις σοβαρές τους συνέπειες. Στο Κεφάλαιο 2 περιγράφονται οι εισαγωγικές έννοιες των αλγορίθμων ελεγχόμενης νησιδοποίησης που θα μελετηθούν στην παρούσα εργασία. Εισάγεται η θεωρία των γράφων, η έννοια των συναφών ομάδων γεννητριών και η έννοια της φασματικής ομαδοποίησης των ζυγών του δικτύου. Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζονται οι ομάδες συναφών γεννητριών των δικτύων που θα χωριστούν σε νησίδες στην προσομοίωση. Οι ομάδες αυτές αποτελούν το βασικό περιορισμό των μεθόδων διαχωρισμού του δικτύου σε νησίδες που περιγράφονται στη συνέχεια. Στο Κεφάλαιο 4 περιγράφεται η μέθοδος ελεγχόμενης νησιδοποίησης του δικτύου βασισμένη στις αρχές της φασματικής ομαδοποίησης (SCCI Algorithm). Περιγράφονται η έννοια του Πίνακα Προβολών και οι Αλγόριθμοι ομαδοποίησης k-means και k-medoids. Στο Κεφάλαιο 5 εξετάζεται η μέθοδος ελεγχόμενης νησιδοποίησης του δικτύου με αλγόριθμο ομαδοποίησης των ζυγών του συστήματος σε νησίδες με την χρήση του Minimum Cut αλγορίθμου. Στο Κεφάλαιο 6 αναλύεται η μέθοδος ελεγχόμενης νησιδοποίησης του δικτύου με τον αλγόριθμο φασματικής ομαδοποίησης, λαμβάνοντας υπόψη την ισορροπία ενεργού και άεργου ισχύος στις νησίδες. Στο Κεφάλαιο 7 εισάγονται οι δυαδικοί Γενετικοί Αλγόριθμοι, και αναπτύσσεται η μέθοδος ελεγχόμενης νησιδοποίησης του δικτύου με τη χρήση τους. Στο Κεφάλαιο 8 συγκρίνονται τα αποτελέσματα που έχουν εξαχθεί από τις μεθόδους ελεγχόμενης νησιδοποίησης που περιγράφηκαν στα προηγούμενα κεφάλαια, κι εξάγονται συμπεράσματα για την αποδοτικότητά τους στο εκάστοτε δίκτυο.