Στατιστική Ανάλυση Της Επίδρασης Αιολικών Πάρκων Στην Ευστάθεια Τάσης Δικτύων Ηλεκτρικής Ενέργειας

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία διερευνά με χρήση στοχαστικών μοντέλων την επίδραση που έχει η μεταβλητότητα της ενεργού παραγωγής αιολικών πάρκων στη μέγιστη μεταφερόμενη ισχύ και κατά συνέπεια στο όριο ευστάθειας τάσης ενός ασθενούς συστήματος μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας.Η μελέτη στηρίζεται στην πιθανοτική προσομοίωση ενός συστήματος δοκιμών που αποτελείται από μία γραμμή μεταφοράς, στο μέσο της οποίας συνδέεται μέσω αποκλειστικής γραμμής διανομής Μέσης Τάσης η αιολική παραγωγή. Τα δεδομένα των γραμμών σύνδεσης προέρχονται από δύο πραγματικά αιολικά πάρκα που είναι συνδεδεμένα στο Ελληνικό σύστημα, στην περιοχή της Πελοποννήσου. Η γραμμή σύνδεσης κάθε πάρκου αποτελείται από τον υποσταθμό Υψηλής/Μέσης Τάσης και περιλαμβάνει μετασχηματιστή ισχύος εξοπλισμένο με ΣΑΤΥΦ. Στον ζυγό Μέσης Τάσης του υποσταθμού υπάρχουν αυτόματοι πυκνωτές αντιστάθμισης. Το αιολικό πάρκο και οι επί μέρους ελεγκτές των ανεμογεννητριών έχουν την δυνατότητα να ρυθμίζουν την έγχυση αέργου ισχύος στον ισοδύναμο ζυγό σύνδεσης του πάρκου.Στην εργασία αναπτύσσεται ένας αλγόριθμος παραγωγής συνθετικών χρονοσειρών με χρήση στοχαστικών μοντέλων Markov. Αφού γίνει η διακριτοποίηση και η εξαγωγή του πίνακα πιθανοτήτων μετάβασης των δεδομένων χρονοσειρών που αντιστοιχούν σε πραγματικές μετρήσεις ταχύτητας ανέμου, διερευνάται η επίδραση των διαφόρων παραμέτρων στην αναπαραγωγή των συντελεστών αυτοσυσχέτισης και της συνάρτησης πυκνότητας πιθανότητας, με σκοπό την καταλληλότερη επιλογή μοντέλου για κάθε χρονοσειρά. Περιγράφεται επίσης μια διαδικασία παραγωγής συσχετισμένων χρονοσειρών που βασίζεται στα μοντέλα ARIMA καθώς και στην Ανάλυση Θεμελιωδών Συνιστωσών. Οι παραγόμενες συνθετικές χρονοσειρές από κάθε μοντέλο Markov χρησιμοποιούνται για την πιθανοτική προσομοίωση των αιολικών πάρκων. Για την εκτίμηση της συνεισφοράς κάθε πάρκου, υλοποιούνται δυο διαφορετικές στρατηγικές ελέγχου του ηλεκτρονικού μετατροπέα, συγκεκριμένα η ρύθμιση με μοναδιαίο συντελεστή ισχύος και ο ευφυής έλεγχος με εντολή μέγιστης άεργης υποστήριξης σε συνθήκες εκτάκτου ανάγκης. Για το πρώτο αιολικό πάρκο, πραγματοποιείται στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων που προκύπτουν από τις προσομοιώσεις με στόχο την μελέτη της επίδρασης της μεταβαλλόμενης αιολικής παραγωγής στο όριο φόρτισης του συστήματος. Επιπλέον, καταστρώνεται ένα πρόβλημα βελτιστοποίησης για τον υπολογισμό της θεωρητικής μέγιστης τιμής της καταναλισκόμενης ισχύος φορτίου, καθώς και της αντίστοιχης αγωγιμότητας. Τέλος, για το δεύτερο αιολικό πάρκο μελετάται επιπρόσθετα η επίδραση της μεταβαλλόμενης αιολικής παραγωγής στην ευσταθή λειτουργία του μετατροπέα ηλεκτρονικών ισχύος, δοσμένου ότι εμφανίστηκαν περιπτώσεις ασταθούς λειτουργίας και προτείνεται ένας μηχανισμός για τον περιορισμό του εν λόγω φαινομένου.