Ανάλυση Παρατηρησιμότητας και Κατανεμημένη Εκτίμηση Κατάστασης Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας

Abstract

Οι παράμετροι που προσδιορίζουν την κατάσταση ενός Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας μεταβάλλονται ανά πάσα χρονική στιγμή. Επομένως, είναι απαραίτητο τα Σ.Η.Ε. να παρακολουθούνται, ώστε να διατηρούνται οι κανονικές και ασφαλείς συνθήκες λειτουργίας τους. Οι παραστατικοί μιγαδικοί των τάσεων των ζυγών προσδιορίζουν σε απόλυτο βαθμό ένα Σ.Η.Ε.. Η Εκτίμηση Κατάστασης είναι ικανή να προσδιορίσει τα μέτρα και τις γωνίες των τάσεων των ζυγών ενός συστήματος με βέλτιστο τρόπο, λαμβάνοντας ένα επαρκές σύνολο μετρήσεων ως δεδομένα. Η Ανάλυση Παρατηρησιμότητας είναι απαραίτητη, προκειμένου να ελέγξουμε αν τα δεδομένα του αλγορίθμου Εκτίμησης Κατάστασης είναι επαρκή, ούτως ώστε ο αλγόριθμος να μπορεί να επιλυθεί. Σε περίπτωση που ένα σύστημα δεν είναι παρατηρήσιμο, τότε πρέπει να αποκατασταθεί η Παρατηρησιμότητα, για να δώσει λύση ο Εκτιμητής Κατάστασης και να λάβουμε τους παραστατικούς μιγαδικούς των τάσεων των ζυγών. Δεδομένου ότι με το πέρασμα των ετών τα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας μεγαλώνουν ολοένα και περισσότερο, έχει προκύψει η ανάγκη για αποδοτικότερους και ταχύτερους αλγορίθμους Εκτίμησης Κατάστασης. Στην κατεύθυνση αυτή κινούνται οι αλγόριθμοι Κατανεμημένης Εκτίμησης Κατάστασης, οι οποίοι προϋποθέτουν τον χωρισμό ενός Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας σε επιμέρους υποσυστήματα/περιοχές. Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι να εξετάσει το ζήτημα της Εκτίμησης Κατάστασης, καθώς και να αναλύσει την Παρατηρησιμότητα συστήματος. Για την επίτευξη του σκοπού αυτού, δημιουργήθηκαν κατά την εκπόνηση της διπλωματικής εργασίας ένας αλγόριθμος Κατανεμημένης Εκτίμησης Κατάστασης κι ένας αλγόριθμος ανάλυσης Παρατηρησιμότητας.

The parameters that determine the state of a Power System change anytime during the day. Therefore, it is indispensable to monitor Power Systems, in order to contain their normal and secure operating conditions. Bus’s voltage phasors can greatly determine a Power System. State Estimation can optimally determine the voltage magnitude and voltage argument, having an adequate set of measurements as input data. Observability Analysis is indispensable, in order to find out whether input data is adequate to solve State Estimation’s algorithm. In case a Power System is unobservable, observability has to be restored, otherwise the algorithm cannot be solved. After observability restoration, the State Estimator can determine the bus’s voltage phasors. Over the years, Power Networks are getting increasingly larger. Therefore, arises the need for faster and more efficient State Estimation algorithms. Distributed State Estimation algorithms are moving in this direction. These algorithms require the division of the Power System into subsystems/areas. The objective of this diploma thesis is to investigate the Observability Analysis and State Estimation problem as well. In order to achieve this purpose, two algorithms were created, one that deals with the State Estimation problem in a distributed manner, and one that deals with the Observability Analysis.