Βελτιστοποίηση διαχείρισης ενεργών δικτύων διανομής ηλεκτρικής ενέργειας με ετερογενείς πηγές ευελιξίας

Abstract

Η διαρκώς αυξανόμενη παρουσία διανεμημένων ενεργειακών πόρων (ΔΕΠ) στο ηλεκτρικό δίκτυο, υπό τη μορφή διανεμημένης παραγωγής, αποθήκευσης ενέργειας και ευέλικτων φορτίων, θέτει σημαντικές προκλήσεις στον Διαχειριστή του δικτύου διανομής (ΔΔ). Την ίδια στιγμή, οι ΔΕΠ μπορούν να αποτελέσουν πηγές ευέλικτης διαχείρισης της λειτουργίας του ΔΔ. Η παρούσα διδακτορική διατριβή εστιάζει στη βελτιστοποίηση της διαχείρισης των ενεργών ΔΔ αξιοποιώντας ετερογενείς πηγές ευελιξίας, δηλαδή την ευελιξία που προέρχεται από ΔΕΠ διαφόρων τεχνολογιών με διαφορετικά τεχνικά χαρακτηριστικά. Αρχικά, παρουσιάζονται οι επιπτώσεις που προκύπτουν από τη διαρκώς αυξανόμενη διείσδυση των ΔΕΠ, αλλά και τα οφέλη τους ως πηγές ευελιξίας στα ενεργά ΔΔ. Ακολουθεί μια βιβλιογραφική ανασκόπηση σχετικά με τα μοντέλα βελτιστοποίησης και τις μεθόδους που χρησιμοποιούνται για τη διαχείριση των ενεργών ΔΔ, τόσο στο στάδιο προγραμματισμού λειτουργίας, όσο και στο στάδιο λειτουργίας και κατανομής σε πραγματικό χρόνο. Στη συνέχεια, η έρευνα εστιάζεται στην ανάπτυξη καινοτόμων μοντέλων βελτιστοποίησης που καλύπτουν, τεχνικά και οικονομικά, τα παραπάνω στάδια διαχείρισης των ενεργών ΔΔ. Το πρόβλημα του προγραμματισμού λειτουργίας των ενεργών ΔΔ προσεγγίζεται με ένα καινοτόμο μοντέλο στοχαστικού προγραμματισμού δύο σταδίων που λαμβάνει υπόψη σταθμισμένα σενάρια πρόβλεψης του ηλεκτρικού φορτίου και της μεταβλητής παραγωγής από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ). Με τον προγραμματισμό λειτουργίας καθορίζονται: α) το πρόγραμμα ροών ισχύος στη διασύνδεση του ΔΔ με το σύστημα μεταφοράς, και β) η ευελιξία των ΔΕΠ που δεσμεύεται για το στάδιο της κατανομής σε πραγματικό χρόνο. Στη συνέχεια, το πρόβλημα της κατανομής της ευελιξίας των ΔΕΠ σε πραγματικό χρόνο επιλύεται με ένα καινοτόμο μοντέλο προβλεπτικού ελέγχου προκειμένου να περιοριστούν οι αποκλίσεις από το πρόγραμμα λειτουργίας και να ελαχιστοποιηθεί το λειτουργικό κόστος του ΔΔ. Επιπλέον, λαμβάνεται υπόψη ο χρόνος απόκρισης των πηγών ευελιξίας στις εντολές κατανομής που αποστέλλει ο Διαχειριστής του ΔΔ. Τέλος, η οικονομική διαχείριση των ενεργών ΔΔ μοντελοποιείται με διεπίπεδο προγραμματισμό βασισμένο στο μοντέλο ηγεσίας του Stackelberg με έναν ηγέτη και πολλούς ακόλουθους, και επιλύεται ως πρόβλημα μαθηματικού προγραμματισμού με περιορισμούς ισορροπίας. Ο Διαχειριστής του ΔΔ (ηγέτης) οργανώνει μία τοπική αγορά ευελιξίας, στην οποία συμμετέχουν φορείς σωρευτικής εκπροσώπησης ευέλικτων φορτίων, ΑΠΕ και συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας, ως πάροχοι υπηρεσιών ευελιξίας (ακόλουθοι).