Πρόγραμμα Μακροπρόθεσμης Προσομοίωσης Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας Με Συνεχή Και Διακριτή Δυναμική

Abstract

Η αστάθεια τάσης (voltage instability) είναι ένα επικίνδυνο φαινόμενο για την λειτουργία τωνΣυστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας που εμφανίζεται με αυξημένη συχνότητα όσο η οικονομικήανάπτυξη επιφέρει αύξηση της φόρτισης σε επίπεδα που πλησιάζουν τα όρια φόρτισης τουσυστήματος Παραγωγής - Μεταφοράς. Στην παρούσα εργασία αναπτύχθηκε σε τρεις φάσεις καιδοκιμάστηκε πρόγραμμα μακροπρόθεσμης προσομοίωσης ΣΗΕ με έμφαση στην ανάλυσηφαινομένων αστάθειας τάσης.Αρχικά ανακεφαλαιώνονται τα μοντέλα των βασικών συνιστωσών του Συστήματος ΗλεκτρικήςΕνέργειας όπως μετασχηματιστές με ΣΑΤΥΦ (load tap changers), δυναμικά επαναφερόμεναφορτία, γεννήτριες και βασικά συστήματα ελέγχου τους (συστήματα προστασίας υπερδιεγέρσεωςκαι αυτόματοι ρυθμιστές τάσης). Στη συνέχεια αναλύεται η οιονεί στατική προσέγγιση (quasi-staticapproach), πάνω στην οποία βασίζεται η σύνταξη των αλγορίθμων προσομοίωσης, σύμφωνα με τηνοποία τα μεταβατικά φαινόμενα με μικρή σταθερά χρόνου στο Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειαςμπορούν να αγνοηθούν και να ληφθούν υπόψην οι εξισώσεις ισορροπίας τους, προσομοιώνοντας τηνδυναμική μόνο των μακροπρόθεσμων φαινομένων. Κατόπιν, εξάγονται για το Σύστημα ΗλεκτρικήςΕνέργειας οι εξισώσεις που προκύπτουν από την προσέγγισης αυτή.Στα πλαίσια της εργασίας αναπτύχθηκε καταρχάς αλγόριθμος χωρίς να λαμβάνεται υπόψη ηδυναμική των συνεχών μακροπρόθεσμων φαινομένων Αυτό αποτελεί την πρώτη φάση ανάπτυξηςτου προγράμματος. Στην συνέχεια αναλύονται αλγόριθμοι ολοκλήρωσης διαφορικών εξισώσεων καιη εφαρμογή τους σε αλγεβρικά - διαφορικά συστήματα (differential - algebraic systems) μεέμφαση στην έμμεση τραπεζοειδή μέθοδο (implicit trapezoid method). Με εφαρμογή αυτής τηςμεθόδου, ενσωματώθηκε, στη δεύτερη φάση ανάπτυξης του προγράμματος, ο πρώτοςμακροπρόθεσμος συνεχής μηχανισμός, η δυναμική των επαναφερόμενων φορτίων.Στην τρίτη φάση ανάπτυξης εξηγήθηκε ο λόγος για τον οποίον η δυναμική του πεδίου διέγερσηςανήκει στα μακροπρόθεσμα δυναμικά φαινόμενα για γεννήτριες υπό περιορισμό υπερδιεγέρσεως καικατόπιν ενσωματώθηκαν στον αλγόριθμο οι διαφορικές εξισώσεις του πεδίου διέγερσης τωνγεννητριών. Αυτό επέτρεψε την ακριβέστερη αναπαράσταση του συστήματος μετά την απώλεια τουβραχυπρόθεσμου σημείου ισορροπίας.Στο τελικό στάδιο της εργασίας οι τρεις αυτές εκδοχές του προγράμματος εφαρμόστηκαν για ένασενάριο αστάθειας τάσης σε δοκιμαστικό σύστημα 33 ζυγών και συγκρίθηκαν οι αποκρίσεις τους,εξάγοντας συμπεράσματα για τις διαφορές μεταξύ τους αλλά και για την συμπεριφορά τουσυστήματος κατά την εκδήλωση του φαινομένου αστάθειας.Το πρόγραμμα προσομοίωσης που αναπτύχθηκε είναι κατάλληλο για ανάλυση μεγάλων και πολύμεγάλων Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας, δεδομένου ότι έχει ληφθεί υπόψη ο αραιόςχαρακτήρας των πινάκων και η έμμεση (implicit) μέθοδος ολοκλήρωσης των διαφορικώνεξισώσεων είναι εξαιρετικά αποδοτική, δηλαδή επιτρέπει αύξηση του βήματος χωρίς κίνδυνοαστάθειας της μεθόδου.