Αξιολογηση Μεθοδων Ελεγχομενης Νησιδοποιησης Συστηματος Ηλεκτρικης Ενεργειας

Abstract

Στόχος της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της μεθόδου ελεγχόμενης νησιδοποίησης, της ελεγχόμενης και μελετημένης διάσπασης του δικτύου μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας σε αυτοδιατηρούμενες νησίδες. Όταν ένα Σύστημα εισέρχεται στην κατάσταση έκτακτης ανάγκης εξαιτίας κάποιων διαταραχών, εφαρμόζεται έλεγχος που το οδηγεί στην κατάσταση επιφυλακής. Αν ο έλεγχος αυτός αποτύχει να φέρει τις παραμέτρους του συστήματος σε τιμές εντός των περιορισμών τους, θα ενεργοποιηθούν προστασίες που θα δράσουν έτσι ώστε να προστατεύσουν τα στοιχεία του συστήματος από ανεπανόρθωτες ζημιές. Αυτό μπορεί να οδηγήσει στη νησιδοποίηση του συστήματος που πολλές φορές παράγει νησίδες ασταθείς ή χωρίς ισορροπία φορτίου-παραγωγής. Στην περίπτωση αυτή εφαρμόζεται η εσκεμμένη και ελεγχόμενη νησιδοποίηση του συστήματος ως έλεγχος εκτάκτου ανάγκης, προκειμένου να περιοριστεί η πιθανότητα ενός εκτεταμένου blackout.Στην εργασία αυτή παρουσιάζονται τρεις διαφορετικές μέθοδοι αλγορίθμων που αποσκοπούν στην ελεγχόμενη νησιδοποίηση του συστήματος.Η πρώτη μέθοδος επικαλείται τη Μέθοδο Φασματικής Ομαδοποίησης με χρήση του μη-κανονικοποιημένου πίνακα Laplace. Έχει ως περιοριστικό παράγοντα τον συγχρονισμό των γεννητριών ο οποίος ενσωματώνεται στο πρόβλημα με τη χρήση του πίνακα προβολών, ο οποίος στην ουσία απεικονίζει ποιες γεννήτριες πρέπει να ανήκουν στην ίδια ομάδα και ποιες όχι. Η αντικειμενική συνάρτηση που χρησιμοποιείται είναι η ελάχιστη διαταραχή ροής ισχύος, καθώς είναι αυτή που μαζί με τον περιορισμό των ομάδων συγχρονισμένων γεννητριών, εξασφαλίζουν τη μεταβατική ευστάθεια των νησίδων που διαμορφώνονται, άρα και του συστήματος. Τέλος για την ομαδοποίηση των δεδομένων χρησιμοποιείται ο επαναληπτικός αλγόριθμος kmeans. Η δεύτερη μέθοδος επικαλείται τη Μέθοδο Φασματικής Ομαδοποίησης με χρήση του κανονικοποιημένου πίνακα Laplace και έχει ως περιοριστικό παράγοντα τον συγχρονισμό των γεννητριών. Και σε αυτή τη μέθοδο η αντικειμενική συνάρτηση που χρησιμοποιείται είναι η ελάχιστη διαταραχή ροής ισχύος. Η διαφορά της με την προηγούμενη μέθοδο είναι ότι χρησιμοποιεί τον κανονικοποιημένο πίνακα Laplace και ότι δεν χρησιμοποιεί επαναληπτικούς αλγορίθμους για την ομαδοποίηση των δεδομένων (kmeans), αλλά τη μέθοδο της φασματικής ενσωμάτωσης με βάση τις ομάδες των συγχρονισμένων γεννητριών (coherent groups).Η τρίτη μέθοδος αλλάζει πια υπόσταση και παρουσιάζει ένα νέο αλγόριθμο βελτιστοποίησης ο οποίος βασίζεται στο νόμο της βαρύτητας και στις αλληλεπιδράσεις των μαζών. Εδώ οι πράκτορες-άτομα αναζήτησης (agents) θεωρούνται αντικείμενα και η απόδοση τους εκτιμάται από τις μάζες τους. Τα αντικείμενα αυτά τοποθετούνται στο χώρο αναζήτησης ενός προβλήματος ή μιας συνάρτησης και είναι μάζες οι οποίες αλληλεπιδρούν μεταξύ τους με βάση το 2ο νόμο του Νεύτωνα ,έλκονται μεταξύ τους με τη βαρυτική έλξη η οποία προκαλεί μία κίνηση όλων των αντικειμένων προς αυτά που έχουν μεγαλύτερη μάζα. Οι κινήσεις των πρακτόρων υπολογίζονται με βάση τα βάρη τους, και τα βάρη τους υπολογίζονται άμεσα από την αντικειμενική συνάρτηση ,σε κάθε επανάληψη η καλύτερη λύση αποθηκεύεται στη μεταβλητή gbest. Κάθε σωματίδιο καθορίζει στη συνέχεια την κίνησή του στο χώρο αναζήτησης βασιζόμενο τόσο στη δική του εμπειρία (τρέχουσα και καλύτερη θέση) όσο και στην εμπειρία των υπόλοιπων ατόμων του πληθυσμού. Η επόμενη επανάληψη λαμβάνει χώρα αφού έχουν κινηθεί όλα τα σωματίδια. Τελικά, το σμήνος ως σύνολο θα προσεγγίσει τη βέλτιστη τιμή της συνάρτησης. Αναμένεται οι μάζες να προσελκύονται από τη βαρύτερη μάζα η οποία και θα αποτελεί μια βέλτιστη λύση στο χώρο αναζήτησης .Οι τρεις παραπάνω μέθοδοι εφαρμόζονται στα τρία πρότυπα δίκτυα IEEE των 9, των 39 και των 118 ζυγών και μέσω των αποτελεσμάτων τους συμπεραίνεται η αποτελεσματικότητα και η αξιοπιστία της κάθε μεθόδου.