Βέλτιστος Σχεδιασμός Αποκατάστασης Βλαβών Και Προγραμματισμός Μικροδικτύου Για Την Ενίσχυση Της Ελαστικότητας Ενός Σηε

Abstract

Οι φυσικές καταστροφές μπορούν να προκαλέσουν μεγάλες βλάβες στο σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας με σημαντικές επιπτώσεις τόσο σε οικονομικό όσο και σε κοινωνικό επίπεδο. Συνεπώς καθίσταται αναγκαία η βελτίωση της ελαστικότητας (resilience) του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία απαιτεί την δημιουργία ενός σχεδίου μέσω του οποίου θα γίνεται εφικτή η γρήγορη αποκατάσταση των βλαβών του έπειτα από την εμφάνιση ακραίων καιρικών φαινομένων. Στα πλαίσια αυτών των απαιτήσεων κινείται η παρούσα διπλωματική εργασία, στη οποία παρουσιάζονται δυο μοντέλα που αναπτύχθηκαν με στόχο την βελτιστοποίηση της ελαστικότητας ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας και ενός μικροδικτύου αντίστοιχα. H μαθηματική μοντελοποίηση των μοντέλων πραγματοποιήθηκε με την βοήθεια του προγράμματος μαθηματικού προγραμματισμού General Algebraic Modeling System (GAMS).Στο πρώτο σκέλος της εργασίας παρουσιάζεται ένα οικονομικά αποδοτικό μοντέλο που στοχεύει στην ενίσχυση της ελαστικότητας ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας, μέσω της αποτελεσματικής ανταπόκρισης του στην αποκατάσταση βλαβών, που οφείλονται σε ακραία καιρικά φαινόμενα. Το μοντέλο ενεργοποιείται μετά την εμφάνιση του ακραίου καιρικού φαινομένου και χρησιμοποιείται για την εύρεση του βέλτιστου χρονοδιαγράμματος επισκευής των βλαβών του δικτύου. Οι τεχνικοί περιορισμοί του δικτύου και των μονάδων παραγωγής καθώς και οι περιορισμοί των διαθέσιμων πόρων εισάγονται στο πρόβλημα. Επιπρόσθετα, το κόστος απόρριψης φορτίου χρησιμοποιείται ως ένα μέτρο που εκπροσωπεί την κρισιμότητα κάθε φορτίου του δικτύου, επηρεάζοντας το χρονοδιάγραμμα επισκευής. Τα διαφορετικά σενάρια που αναπτύχθηκαν για την ανάλυση του μοντέλου εφαρμόστηκαν στο πρότυπο δίκτυο 118-ζυγών της ΙΕΕΕ. Στο δεύτερο σκέλος της εργασίας παρουσιάζουμε ένα μοντέλο για το βέλτιστο προγραμματισμό ενός μικροδικτύου. Στόχος του μοντέλου είναι η κάλυψη του φορτίου του μικροδικτύου με τον οικονομικά αποδοτικότερο τρόπο, λαμβάνοντας υπόψη και την περίπτωση νησιδοποίησης του μικροδικτύου για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Το συνολικό κόστος του μικροδικτύου αποτελείται από το κόστος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας των τοπικών μονάδων παραγωγής, καθώς και από το κόστος αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας από το κεντρικό δίκτυο. Το πρόβλημα του βέλτιστου προγραμματισμού του μικροδικτύου αποτελείται από ένα κυρίως πρόβλημα που περιλαμβάνει τη συνδεδεμένη λειτουργία του μικροδικτύου στο κεντρικό δίκτυο και από ένα υπό-πρόβλημα που σχετίζεται με την απομονωμένη λειτουργία του. Συγκεκριμένα εξετάζεται η ικανότητα του μικροδικτύου να μεταβεί σε κατάσταση νησιδοποίησης για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα που εκτιμάται ότι το κυρίως δίκτυο υπάρχει πιθανότητα να αδυνατεί να τροφοδοτήσει το μικροδίκτυο. Στο κυρίως πρόβλημα αποφασίζεται ο βέλτιστος σχεδιασμός λειτουργίας του μικροδικτύου σε συνδεδεμένη λειτουργία και τα αποτελέσματα δίνονται ως δεδομένα στο υπό-πρόβλημα, έτσι ώστε να εξεταστεί αν το μικροδίκτυο μπορεί να τροφοδοτήσει με επάρκεια τα φορτία του συνυπολογίζοντας την νησιδοποίηση. Κατάλληλα «cuts» προστίθενται στο κυρίως πρόβλημα σε περίπτωση όπου δεν είναι δυνατή η κάλυψη του φορτίου σε κατάσταση νησιδοποίησης. Έτσι γίνεται αναθεώρηση του χρονοδιαγράμματος λειτουργίας των γεννητριών, των συστημάτων αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας και των ρυθμιζόμενων φορτίων. Αριθμητικές προσομοιώσεις αποδεικνύουν την αποτελεσματικότητα του μοντέλου.