Μελέτη και Ανάπτυξη Αλγορίθμου Βέλτιστης Tοποθέτησης Μονάδων Φασιθετών με Χρήση Μοντέλου Μειωμένης Τάξης και Τεχνικών Ημιορισμένου Προγραμματισμού

Abstract

Τα τελευταία χρόνια τα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας γίνονται όλο και περισσότερο πολύπλοκα εξαιτίας τις επέκτασής τους, καθώς επίσης και λόγο της απελευθέρωσης της αγοράς. Για το λόγο αυτό είναι επιτακτική η ανάγκη συνεχόμενης επιτήρησης και παρατηρησιμότητας των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Πρωταγωνιστικό ρόλο στην εποπτεία, καθώς επίσης και στην εύρυθμη λειτουργία των ηλεκτρικών δικτύων κατέχουν τα κέντρα ελέγχου ενέργειας, τα οποία συλλέγουν τα δεδομένα από διάφορους υποσταθμούς του συστήματος και πραγματοποιούν ανάλυση της παρατηρησιμότητας και ανάλυση της εκτίμησης κατάστασης του δικτύου. Τα δεδομένα που λαμβάνουν τα κέντρα ελέγχου ώστε να προχωρήσουν στις παραπάνω μελέτες είναι κατά κύριο λόγο συμβατικές μετρήσεις SCADA, δηλαδή μετρήσεις ενεργών και άεργων ροών ισχύος, μετρήσεις ενεργών και άεργων εγχύσεων ισχύος σε ζυγούς και μετρήσεις του μέτρου της τάσης σε συγκεκριμένους ζυγούς του ηλεκτρικού δικτύου. Στις μέρες μας, με την ταχεία ανάπτυξη των δορυφορικών συστημάτων και πιο συγκεκριμένα του GPS, έχουν αναπτυχθεί νέας τεχνολογίας μετρήσεις στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας. Οι συγχρονισμένες μετρήσεις μονάδων φασιθετών, είναι σύγχρονες μετρήσεις μεγαλύτερης ακρίβειας από τις συμβατικές, έχουν βελτιωμένη συχνότητα μετάδοσης και είναι χρονικά σφραγισμένες μετρήσεις. Οι μονάδες μετρήσεις φασιθετών PMU, τοποθετούνται σε ζυγούς των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας και πραγματοποιούν μετρήσεις πραγματικού χρόνου του φασιθέτη της τάσης στον ζυγό εγκατάστασης, καθώς επίσης και των φασιθετών ρεύματος που αναχωρούν από αυτό τον ζυγό. Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται προσπάθεια ανάλυσης της παρατηρησιμότητας δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας, μέσω τεχνικών δημιουργίας παρατηρήσιμων νησίδων. Για την υλοποίηση της παραπάνω διαδικασίας πρέπει στην είσοδο του αλγορίθμου να υπάρχει η τοπολογία του κυκλώματος καθώς και ένα σύνολο συμβατικών μετρήσεων SCADA. Εάν το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας δεν είναι πλήρως παρατηρήσιμο, τότε πραγματοποιείται βέλτιστη τοποθέτηση μονάδων φασιθετών σε κομβικά σημεία του δικτύου, με σκοπό την αποκατάσταση της παρατηρησιμότητάς του. Η βέλτιστη τοποθέτηση των μονάδων PMU κάνει χρήση τεχνικών ημιορισμένου προγραμματισμού. Για την υλοποίηση των παραπάνω αλγορίθμων χρησιμοποιήθηκε το περιβάλλον προγραμματισμού του μαθηματικού προγράμματος MATLAB, ενώ τα ηλεκτρικά δίκτυα όπου πραγματοποιήθηκαν οι μελέτες είναι πρότυπα δίκτυα της ΙΕΕΕ.

Through the last years power electrical systems become more and more complex due to their expansive use in conjunction with the market liberalization. This is the reason why the need of continuous surveillance and observability of power electrical systems is rather imperative. Energy control centers play a key role in supervision and proper functioning of electrical systems by collecting data from different substations as well as by analyzing the observability and evaluation of system status. The data used in the above process is primarily conventional measurements SCADA, which can be described as measurements of active and reactive power flows and measurements of the drift in buses. Nowadays, the fast development of satellite systems and especially the Global Positioning System (GPS) has brought innovative measurements in power electrical systems. Synchronized phasor measurements are measurements of higher accuracy than the conventional ones, with improved transmission frequency and time-limited. Phasor measurements units (PMU) develop real –time measurements of the phasor in the installed bus. The dissertation analyzes the observability of power electrical systems through the method of creating observable islands. This process is accomplished by inserting the network’s topology and conventional SCADA measurements when entering the algorithm. In case that a power electrical system is not fully observable, then is introduced an optimum placement of phasor units in key points of the system aiming at the restoration of observability. The above algorithms were produced using the MATLAB programming system, while the electrical systems used for the research are standard networks of IEEE.