Μοντελοποίηση Και Ανάλυση Λειτουργίας Αυτόνομου Ηλεκτρικού Συστήματος Νήσου Ρόδου

Abstract

Αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας είναι η προσομοίωση ενός μικρού αυτόνομου ηλεκτρικού συστήματος, και η διεξαγωγή των μελετών ροής φορτίου, ανάλυσης διαταραχών και μελέτης βραχυκυκλωμάτων. Αναδεικνύεται καταρχήν η αναγκαιότητα χρήσης υπολογιστικών πακέτων για την πιο αποτελεσματική διεξαγωγή των μελετών καθώς και της πρόβλεψης ζήτησης φορτίου, τον έλεγχο της λειτουργίας του συστήματος και την αξιόπιστη τροφοδότηση ηλεκτρικής ενέργειας. Παρουσιάζονται υπολογιστικά πακέτα επαγγελματικής και εκπαιδευτικής χρήσης, δίνοντας έμφαση στα χαρακτηριστικά του Powerworld, το οποίο είναι το πρόγραμμα που χρησιμοποιήθηκε στα πλαίσια της παρούσας εργασίας για την προσομοίωση του ηλεκτρικού συστήματος της Ρόδου. Στα πλαίσια της καλύτερης κατανόησης του προγράμματος, παρουσιάζεται αναλυτικά και σε βήματα η κατασκευή ενός απλού κυκλώματος, που περιλαμβάνει τα βασικά στοιχεία ενός ηλεκτρικού συστήματος.Στα πλαίσια της εργασίας, περιλαμβάνονται θεωρητικά στοιχεία για την ανάλυση ροών φορτίου και τη μελέτη βραχυκυκλωμάτων. Παρουσιάζεται αναλυτικά η παράσταση των στοιχείων εξοπλισμού ενός ΣΗΕ (γραμμές μεταφοράς, γεννήτριες, εγκάρσιοι πυκνωτές και αυτεπαγωγές, μετασχηματιστές, φορτία). Θεμελιώνεται η κατάστρωση των γενικών εξισώσεων επίλυσης ενός προβλήματος ροής φορτίου και η ανάλυση ροής φορτίου, με τις εξισώσεις στην τελική τους μορφή, ενώ παρατίθενται οι τεχνικές επίλυσης ενός προβλήματος ροής φορτίου, με έμφαση στη Newton - Raphson. Αναφέρονται ακόμα τα είδη βραχυκυκλωμάτων, με έμφαση στα τριφασικά βραχυκυκλώματα, των οποίων παρουσιάζονται αναλυτικά τα βασικά μεγέθη και η μεθοδολογία για τους υπολογισμούς των ρευμάτων βραχυκύκλωσης.Στη συνέχεια, παρουσιάζεται αναλυτικά το σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας της Ρόδου. Δίνεται η τοπολογία του συστήματος, οι μονάδες παραγωγής, καθώς και όλα τα υπόλοιπα στοιχεία του συστήματος. Παράλληλα, περιλαμβάνεται η πρόβλεψη της ζήτησης φορτίου, στη βάση της οποίας θεμελιώνονται η μελέτη ροής φορτίου και η ανάλυση διαταραχών. Δίνεται έμφαση στην αναγκαιότητα χρήσης μεθόδων αντιστάθμισης της αέργου ισχύος για τη βελτίωση τόσο της ικανότητας μεταφοράς πραγματικής ισχύος, όσο και της ευστάθειας της τάσης. Με βάση τα δεδομένα του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας της Ρόδου, προσομοιώνεται το σύστημα στο πρόγραμμα Powerworld.Γίνεται μια συστηματική μελέτη, με βάση το κριτήριο Ν-1, των διαταραχών που είναι δυνατό να συμβούν στο σύστημα, και μελετώνται αναλυτικά οι επιπτώσεις στη λειτουργία του συστήματος και την απαιτούμενη τροφοδότηση του φορτίου. Στη συνέχεια, διεξάγεται η μελέτη βραχυκυκλωμάτων, και υπολογίζεται το τριφασικό βραχυκύκλωμα. Από την ανάλυση διαταραχών παρατηρούμε ότι οι επιπτώσεις στο σύστημα στο ενδεχόμενο όπου υπάρξει κάποια απώλεια γραμμής μεταφοράς γενικά δεν είναι απαγορευτικές για τη λειτουργία του συστήματος, προκύπτει όμως υψηλό ρεύμα βραχυκύκλωσης, που εξαναγκάζει τη λειτουργία του συστήματος με ανοικτό διασυνδετικό διακόπτη μεταξύ των ζυγών παραγωγής στον σταθμό παραγωγής. Σε αυτή την περίπτωση, κάποιες διαταραχές δημιουργούν σοβαρά προβλήματα, που έχουν ως αποτέλεσμα την αδυναμία τροφοδότησης του απαιτούμενου φορτίου. Τα προβλήματα αυτά αναμένεται να ενταθούν τα επόμενα χρόνια καθώς θα αυξάνεται η ζήτηση φορτίου, με προοπτική επίλυσης μέσα από την αναβάθμιση του δικτύου της νήσου Ρόδου.