Μοντελοποίηση γήρανσης συσσωρευτών και βέλτιστη διαστασιολόγησή τους για έλεγχο τάσης στα δίκτυα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η παρουσίαση και ανάλυση της έννοιας των χαρτών γήρανσης των μονάδων αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας καθώς και η ανάπτυξη μιας μεθόδου ενσωμάτωσής τους, στα πλαίσια μιας βέλτιστης διαστασιόλογησης των μονάδων αποθήκευσης σε δίκτυα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας Χ.Τ. με σκοπό τη ρύθμιση της τάσης. Αρχικά έγινε μια εκτενής παρουσίαση και ανάλυση της έννοιας των χαρτών γήρανσης των μονάδων αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας και συγκεκριμένα των μπαταριών ιόντων λιθίου. Παρουσιάζοντας ένα υφιστάμενο εμπειρικό μοντέλο για το φαινόμενο της γήρανσης των μπαταριών ιόντων λιθίου και συγκεκριμένα των μπαταριών LiFePO4 αναλύσαμε τη μέθοδο κανονικοποίησης και παραμετροποίησής του προκειμένου να είναι εφικτό να ενταχθεί στα πλαίσια ενός βέλτιστου προγραμματισμού για την διαστασιολόγηση των μονάδων αποθήκευσης. Σε δεύτερο στάδιο το πρόβλημα της διαστασιολόγησης προσεγγίστηκε με τη μέθοδο του ημιορισμένου προγραμματισμού, λόγω της μη γραμμικότητας του προβλήματος της βέλτιστης ροής φορτίου στα δίκτυα διανομής. Ως αντικειμενική συνάρτηση στο πρόβλημα της διαστασιολόγησης θεωρήθηκε η ελαχιστοποίηση των απωλειών ενέργειας του δικτύου, της συνολικής χωρητικότητας όλων των μονάδων αποθήκευσης, της συνολικής ισχύος των διατάξεων μετατροπής ισχύος καθώς και του παράγοντα της γήρανσης των μπαταριών. Στο τελικό στάδιο έγινε παρουσίαση των αποτελεσμάτων της βελτιστοποίησης των άνω παραγόντων, καθώς και σύγκριση με χρήση του κριτηρίου του Ετήσιου Ισοδύναμου Κόστους της επένδυσης. Στην παρούσα εργασία, αναπτύχθηκε λογισμικό σε περιβάλλον MATLAB, τόσο για την μοντελοποίηση του φαινομένου γήρανσης των μπαταριών όσο και για την προαναφερόμενη βελτιστοποίηση η οποία εφαρμόστηκε σε ένα δίκτυο διανομής 19 ζυγών επιβεβαιώνοντας την παραπάνω μεθοδολογία. Ο χρονικός ορίζοντας επίλυσης του προβλήματος ήταν οι έξι μήνες ,ώστε να ληφθεί υπόψη η στοχαστικότητα της ζήτησης των φορτίων.