Βέλτιστος σχεδιασµός ενίσχυσης δικτύου διανοµής ηλεκτρικής ενέργειας µε χρήση ευελιξίας και στόχο την ελαχιστοποίηση του συνολικού κόστους

Abstract

Ηπαγκόσµια ενεργειακή µετάβαση και η αυξανόµενη διείσδυση ∆ιεσπαρµένων Ενεργειακών Πόρων, όπως τα ϕωτοβολταϊκά συστήµατα, µετασχηµατίζουν τα παραδοσιακά παθητικά δίκτυα διανοµής σε πολύπλοκα, ενεργά συστήµατα. Αυτήηεξέλιξηκαθιστάτον παραδοσιακό σχεδιασµό, που ϐασίζεται αποκλειστικά σε ενισχύσεις υποδοµών οικονοµικά ασύµφορο. Η παρούσα διπλωµατική εργασία αντιµετωπίζει αυτή τη σύγχρονη πρόκληση, αναπτύσσοντας ένα ολοκληρωµένο υπολογιστικό εργαλείο για τον πολυετή, ϐέλτιστο σχεδιασµό ενεργών δικτύων διανοµής. Κεντρικός στόχος της εργασίας είναι η δηµιουργία ενός µοντέλου ϐελτιστοποίησης που σχεδιάζει ένα ενεργό δίκτυο διανοµής σε ϐάθος δεκαετίας µε γνώµονα την ελαχιστοποίηση του συνολικού κόστους. Το µοντέλο προσδιορίζει τη ϐέλτιστη στρατηγική συνδυάζοντας τις κεφαλαιουχικές δαπάνες (CAPEX) για την αναβάθµιση γραµµών διανοµής και υποσταθµών, µε τις λειτουργικές δαπάνες (OPEX) για την προµήθεια υπηρεσιών ευελιξίας από κατανεµηµένους πόρους. Το πρόβληµα διατυπώνεται µαθηµατικά ως ένα πρόβληµα Μικτού-Ακέραιου Μη-Γραµµικού Προγραµµατισµού (MINLP). Για να καταστεί ευκολότερα επιλύσιµο, µετασχηµατίζεται σε ένα ισοδύναµο πρόβληµα Μικτού-Ακέραιου Τετραγωνικού Προγραµµατισµού (MIQP) µέσω της εφαρµογής τεχνικών κυρτής χαλάρωσης Κώνου ∆ευτέρας Τάξης (SOCP) και γραµµικοποίησης µε τη µέθοδο Big-M. Το µοντέλο υλοποιήθηκε σε περιβάλλον Python, αξιοποιώντας τις ϐιβλιοθήκες Pyomo για την αλγεβρική µοντελοποίηση και Pandapower για την ανάλυση του δικτύου, ενώ για την επίλυση χρησιµοποιήθηκε ο επιλυτής Gurobi. Η µεθοδολογία εφαρµόστηκε και αξιολογήθηκε στο πρότυπο δίκτυο IEEE 33-bus. Τα αποτελέσµατα των προσοµοιώσεων καταδεικνύουν µε σαφήνεια την µεγάλη χρησιµότητα της ευελιξίας. Παρατηρείται η ύπαρξη ενός σηµείου σηµαντικής µείωσης του κόστους, όπου η διαθεσιµότητα ευελιξίας καθιστά πιο συµφέρουσα την πλήρη αποφυγή επενδύσεων για αναβάθµιση υποδοµών και τη µετάθεσή τους εκτός του δεκαετούς σχεδιασµού, µειώνοντας δραµατικά το συνολικό κόστος. Η παρούσα διπλωµατική εργασία, σε συνέχεια της υπάρχουσας ϐιβλιογραφίας, προσφέρει ένα ισχυρό εργαλείο υποστήριξης αποφάσεων για τους ∆ιαχειριστές ∆ικτύων ∆ιανοµής, ικανό να διαµορφώσει το ϐέλτιστο, µακροπρόθεσµο οικονοµοτεχνικό πλάνο ανάπτυξής του.