Βέλτιστη Επαναδιαμόρφωση Ενεργών Ακτινικών Δικτύων Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας Με Διεσπαρμένη Παραγωγή

Abstract

Η πρόσφατη απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας, η συμφόρηση των γραμμών μεταφοράς και η ανάπτυξη των τεχνολογιών ανανεώσιμων πηγών ενέργειας έχουν συμβάλλει σημαντικά στην αυξανόμενη διείσδυση μονάδων διεσπαρμένης παραγωγής (ΜΔΠ) στα δίκτυα διανομής τα τελευταία χρόνια. Ωστόσο ο σχεδιασμός και η κατασκευή των περισσότερων σημερινών δικτύων διανομής δεν έχει γίνει με την προοπτική εγκατάστασης ΔΠ σε αυτά. Το αποτέλεσμα είναι η ενσωμάτωση μονάδων ΔΠ στα δίκτυα να ακολουθείται από την επιβολή κατάλληλων τεχνικών ελέγχου της λειτουργίας τους με σκοπό την αποφυγή ανεπιθύμητων διαταραχών. Μια από τις επικρατέστερες μεθόδους ελέγχου των μονάδων ΔΠ είναι η περικοπή της παραγόμενης ενεργού ισχύος τους ώστε το δίκτυο να μην υπερβεί τα επιτρεπόμενα όρια λειτουργίας. Αυτή η πρακτική, αν και αποτελεσματική, έχει δυσμενείς οικονομικές συνέπειες για τους διαχειριστές των δικτύων διανομής (ΔΔΔ) των οποίων το συμφέρον είναι η μεγιστοποίηση της εισερχόμενης ενεργού ισχύος από ΔΠ στα δίκτυα. Για την αντιμετώπιση του προβλήματος, μια από τις προτεινόμενες τεχνικές ελέγχου των δικτύων που φιλοξενούν μονάδες ΔΠ είναι η χρήση τηλεχειριζόμενων διακοπτών με σκοπό την επαναδιαμόρφωση του δικτύου, δηλαδή τη μεταβολή της τοπολογίας του. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η διατύπωση και επίλυση του προβλήματος της βέλτιστης επαναδιαμόρφωσης για ενεργά ακτινικά δίκτυα διανομής θέτοντας ως αντικειμενικό στόχο την ελαχιστοποίηση της περικοπής ενεργού ισχύος των εγκατεστημένων μονάδων ΔΠ στο δίκτυο. Αρχικά χρησιμοποιείται το μοντέλο του προβλήματος της βέλτιστης ροής ισχύος το οποίο τροποποιείται κατάλληλα ώστε να αποτελέσει τη βάση για τη διατύπωση του προβλήματος της βέλτιστης επαναδιαμόρφωσης. Με τη μετατροπή των εξισώσεών του από μη-γραμμικές σε τετραγωνικές και την εισαγωγή στοιχείων ελέγχου με διακριτή συμπεριφορά (όπως για παράδειγμα οι διακόπτες αλλαγής τοπολογίας) προέκυψε το προτεινόμενο μοντέλο, το οποίο αποτελεί ένα πρόβλημα μικτών ακεραίων με τετραγωνικούς περιορισμούς (Mixed Integer Quadratically Constrained Problem). Το εν λόγω μοντέλο υποστηρίζει, σε συνδυασμό με τον έλεγχο της ενεργού και της αέργου ισχύος των μονάδων ΔΠ, τη χρήση διακοπτών του δικτύου για επαναδιαμόρφωσή του αλλά και το χειρισμό εγκάρσιων αντισταθμίσεων και μετασχηματιστών με ΣΑΤΥΦ για την αντιμετώπιση των περιορισμών τάσης και ρεύματος. Σκοπός είναι να βρεθεί εκείνη η κατάσταση λειτουργίας των ελεγχόμενων στοιχείων που να ελαχιστοποιεί την περικοπή ενεργού ισχύος των μονάδων ΔΠ. Στην παρούσα εργασία το προτεινόμενο μοντέλο υλοποιήθηκε στο λογισμικό GAMS και εφαρμόστηκε σε τρία δίκτυα διανομής, με 34, 69 και 136 ζυγούς. Χρησιμοποιούνται διάφορες στρατηγικές ελέγχου για κάθε δίκτυο και τα αποτελέσματά τους συγκρίνονται με σκοπό τον προσδιορισμό της καταλληλότερης ενώ παράλληλα προτείνονται και ορισμένες πρακτικές μέθοδοι για ελαχιστοποίηση του χρόνου εκτέλεσης του μοντέλου με χρήση παρελθοντικών αποτελεσμάτων.