Υλοποίηση δευτερεύοντος κατανεμημένου ελέγχου σε δίκτυο επικοινωνίας μικροϋπολογιστών raspberry pi με χρήση της πλατφόρμας RIAPS

Abstract

Με την πάροδο του χρόνου, τα σύγχρονα ηλεκτρικά δίκτυα διευρύνουν διαρκώς τις λειτουργίες τους ώστε να ανταποκριθούν στις νέες προκλήσεις που προκύπτουν από την συμφόρηση τους λόγω της αυξανόμενης διείσδυσης των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΑΠΕ). Εκτός από την παραδοσιακή παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, πλέον ενσωματώνουν προηγμένες τεχνολογίες μέτρησης και ελέγχου (όπως “έξυπνοι” μετρητές, συστήματα τηλεπαρακολούθησης και αυτοματισμοί), ενώ διαχειρίζονται ενεργά τη ζήτηση και τις διεσπαρμένες εγκαταστάσεις (π.χ. φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις, συστήματα αποθήκευσης με μπαταρίες). Αυτό οδηγεί σε συνεχή ανάγκη για πιο αποδοτική και “έξυπνη” λειτουργία τους. Τα παραπάνω καθιστούν ελκυστική την υιοθέτηση μιας περισσότερο κατανεμημένης προσέγγισης για τον έλεγχο των μονάδων παραγωγής. Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως στόχο την παρουσίαση δευτερεύοντος κατανεμημένου ελέγχου σε δίκτυο επικοινωνίας μικροϋπολογιστών raspberry pi με χρήση της πλατφόρμας RIAPS. Η εφαρμογή ανοικτού κώδικα RIAPS (Resilient Information Architecture Platform for Smart Grid) αναπτύχθηκε από το κέντρο έρευνας και ανάπτυξης του Πανεπιστημίου Vanderbilt, με σκοπό να παρέχει μια αξιόπιστη πολύπλευρη αρχιτεκτονική για την επικοινωνία κατανεμημένων ενεργειακών συστημάτων. Βασικό της χαρακτηριστικό αποτελεί η εύκολη ανάθεση ρόλων στους διαφόρους κόμβους του δικτύου μέσω της αποστολής διαφορετικού κώδικα καθώς και η ανάκληση τους. Ο κατανεμημένος έλεγχος που χρησιμοποιείται βασίζεται στη λήψη αποφάσεων μέσω αλγορίθμων συναίνεσης, οι οποίοι επιτρέπουν την εύρεση της κατάλληλης ισχύος παραγωγής στους κόμβους ενός μικροδικτύου (microgrid), με τρόπο που βελτιστοποιεί τη συνολική λειτουργία του συστήματος και επιτυγχάνει τον πλέον οικονομικό τρόπο αξιοποίησης των ενεργειακών πόρων. Παράλληλα, η εφαρμογή των αλγορίθμων συναίνεσης διασφαλίζει τη σύγκλιση των τιμών που ανταλλάσσονται μεταξύ των κόμβων, ενώ λαμβάνονται υπόψη περιορισμοί του συστήματος όπως τήρηση των τεχνικών ορίων των μονάδων και διατήρηση του ισοζυγίου φορτίου και δυναμικές μεταβολές, όπως η προσωρινή απώλεια επικοινωνίας. Έγιναν δοκιμές σε δίκτυα τριών και έξι κόμβων στα οποία μελετήθηκε η αξιοπιστία του αλγορίθμου, ο τρόπος που επηρεάζεται ο χρόνος σύγκλισης σε διάφορες μεταβολές παραμέτρων και τοπολογιών, η σημασία στην ορθή επιλογή των παραμέτρων ανάλογα με το δίκτυο, όπως επίσης η ανθεκτικότητα τόσο της πλατφόρμας RIAPS, όσο και του αλγορίθμου που χρησιμοποιήθηκε. Συμπερασματικά, η πλατφόρμα RIAPS παρέχει μια ισχυρή αρχιτεκτονική για κατανεμημένο έλεγχο σε δίκτυα έξυπνων ενεργειακών συστημάτων. Παρά τα πλεονεκτήματα της κατανεμημένης επικοινωνίας και της real-time διαχείρισης δεδομένων, υπάρχουν προκλήσεις όπως η πολυπλοκότητα ανάπτυξης, η ανάγκη για σταθερό δίκτυο επικοινωνίας και η περιορισμένη υποστήριξη. Ωστόσο, για εφαρμογές έξυπνων δικτύων, διαχείρισης ενέργειας και μικροδικτύων, η χρήση του RIAPS είναι ένα χρήσιμο και αξιόπιστο εργαλείο.