Ενίσχυση Ανθεκτικότητας Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας Εναντι Ακραίων Καιρικών Φαινομένων με Επιλεκτική Υπογειοποίηση Γραμμών Μεταφοράς

Abstract

Οι φυσικές καταστροφές αποτελούν ένα σημαντικό κίνδυνο για τα Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ) με βαρύνουσες κοινωνικές και οικονομικές προεκτάσεις, όπως η απώλεια ανθρώπινων ζωών και η καταστροφή κρίσιμων υποδομών. Συνεπώς καθίσταται επιτακτική η ανάγκη ενίσχυσης της ανθεκτικότητας των ΣΗΕ απέναντι στις φυσικές καταστροφές, όπως τα ακραία καιρικά φαινόμενα. Στόχος είναι το δίκτυο να αντιμετωπίζει αποτελεσματικά τέτοια γεγονότα, να ανακάμπτει γρήγορα μετά από το πέρας τους και να προσαρμόζει τη δομή και τη λειτουργία του για να μειώσει τις επιπτώσεις αντίστοιχων φαινομένων στο μέλλον. Η παρούσα εργασία έχει στόχο την ενίσχυση της ανθεκτικότητας του ΣΗΕ έναντι ακραίων καιρικών φαινομένων, όπως οι τυφώνες, τα οποία αποτελούν συμβάντα μικρής πιθανότητας αλλά μεγάλων επιπτώσεων, μέσω της επιλεκτικής υπογειοποίησης γραμμών μεταφοράς, προκειμένου να προστατευτούν από μελλοντικούς τυφώνες. Στόχος του προβλήματος είναι η ελαχιστοποίηση του συνολικού κόστους υπό το δυσμενέστερο σενάριο σενάριο βλάβης λόγω της φυσικής καταστροφής. Ιστορικά δεδομένα τυφώνων λαμβάνονται υπόψη προκειμένου να αποφασιστεί ποιες γραμμές θα υπογειοποιηθούν. Το συνολικό κόστος αποκοπής υπολογίζεται με το άθροισμα του κόστους αποκοπής φορτίου κάθε φορά που ένας τυφώνας πλήττει το δίκτυο και προκαλεί βλάβες στις γραμμές, οι οποίες οδηγούν σε μη εξυπηρέτηση της συνολικής ζήτησης και το κόστος επένδυσης για την υπογειοποίηση των γραμμών. Οι πιθανότητες βλάβης των γραμμών υπολογίζονται ως συνάρτηση της ταχύτητας του ανέμου, χρησιμοποιώντας τις καμπύλες ευθραυστότητας. Θεωρείται ότι η πιθανότητα βλάβης των υπόγειων γραμμών κατά τη διάρκεια του τυφώνα είναι ίση με την πιθανότητα υπό κανονικές συνθήκες. Οι πιθανότητες αυτές λαμβάνονται υπόψη προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί το κόστος αποκοπής φορτίου υπό το δυσμενέστερο σενάριο. Ένα πρόβλημα εύρωστου προγραμματισμού αναπτύχθηκε ώστε να εντοπιστεί το δυσμενέστερο σενάριο θεωρώντας τις υποβαθμισμένες καταστάσεις του συστήματος με πιθανότητα άνω ενός ορίου, το οποίο τίθεται από τον διαχειριστή του συστήματος. Το πρόβλημα διαμορφώνεται ως ένα min-max-min πρόβλημα τριών επιπέδων και στη συνέχεια αναδιαμορφώνεται ως ένα min-max πρόβλημα δύο επιπέδων. Εφαρμόζοντας τη θεωρία δυικότητας και τεχνικές γραμμικοποίησης, το εσωτερικό max-min πρόβλημα διαμορφώνεται ως γραμμικό πρόβλημα μεικτού ακέραιου προγραμματισμού ενός επιπέδου. Το πρόβλημα δύο επιπέδων επιλύεται ως πρόβλημα δύο σταδίων με τη χρήση της μεθόδου Column & Constraint Generation. Το κύριο πρόβλημα αποφασίζει την βέλτιστη υπογειοποίηση των γραμμών, ενώ το υποπρόβλημα εντοπίζει τις βλάβες γραμμών που οδηγούν στη μεγιστοποίηση του κόστους λειτουργίας του συστήματος. Η προτεινόμενη μέθοδος εφαρμόστηκε στο πρότυπο δίκτυο 24 ζυγών της IEEE, για να εκτιμηθεί η αποτελεσματικότητά της. Η επίλυση της βελτιστοποίησης πραγματοποιήθηκε με την εργαλειοθήκη YALMIP, στο προγραμματιστικό περιβάλλον του MATLAB. Στο τελευταίο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της εφαρμογής της μεθόδου, τα οποία αναδεικνύουν την αποτελεσματικότητα της υπογειοποίησης γραμμών μεταφοράς για την ενίσχυση της ανθεκτικότητας του δικτύου.