Διαχωρισμός του δικτύου σε ζώνες και αποκεντρωμένος έλεγχος για ρύθμιση τάσης σε περίπτωση διαταραχών

Abstract

Στόχος της διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη αλγορίθμων με σκοπό τον αποκεντρωμένο έλεγχο για ρύθμιση της τάσης των ζυγών ενός ηλεκτρικού συστήματος. Πραγματοποιείται διαχωρισμός του δικτύου σε ζώνες και κάθε ζώνη πραγματοποιεί ελέγχους ανεξάρτητα και παράλληλα με τις άλλες ζώνες ώστε να περιορίσει την διαταραχή της τάσης των ζυγών που περιέχονται σε αυτή.

Πιο συγκεκριμένα, η εργασία αναπτύσσεται σε τρία κυρίως μέρη:

Το πρώτο μέρος αποτελεί μία εισαγωγή στην έννοια της ομαδοποίησης δεδομένων και στα κυριότερα είδη και αλγόριθμους ομαδοποίησης που υπάρχουν. Περιγράφονται οι λόγοι για τους οποίους είναι απαραίτητη η ανάπτυξη και η βελτιστοποίηση του ελέγχου των σημερινών συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Αναφέρονται τα πλεονεκτήματα του διαχωρισμού του δικτύου σε επιμέρους υπο-περιοχές καθώς επίσης, περιγράφεται ο τρόπος λειτουργίας του κεντρικού και του αποκεντρωμένου ελέγχου και γίνεται μία σύντομη σύγκριση των δύο αυτών μεθόδων ελέγχου.

Στο δεύτερο μέρος πραγματοποιείται ο σχεδιασμός αλγορίθμων-μεθόδων διαχωρισμού ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας σε ζώνες. Ο διαχωρισμός έχει ως στόχο τη δημιουργία ζωνών με την μικρότερη ανταλλαγή ισχύος και αλληλεπίδραση μεταξύ τους. Ως αποτέλεσμα, σε περίπτωση εμφάνισης διαταραχής σε μία ζώνη, η διάδοση της στις υπόλοιπες ζώνες θα είναι ασθενής. Επίσης, οι ζυγοί μιας ζώνης παρουσιάζουν μεγαλύτερη ευαισθησία στους ελέγχους που πραγματοποιούνται μέσα στην ζώνη σε σχέση με τους ελέγχους που πραγματοποιούνται εκτός αυτής. Οι αλγόριθμοι διαχωρισμού εφαρμόζονται στο δίκτυο 118 ζυγών της ΙΕΕΕ.

Στο τρίτο μέρος της εργασίας χρησιμοποιείται ο διαχωρισμός του δικτύου που πραγματοποιήθηκε με σκοπό την ανάπτυξη ελέγχου του δικτύου, σε πραγματικό χρόνο. Ο έλεγχος έχει ως στόχο την εξάλειψη της παραβίασης των ορίων της τάσης των ζυγών ενός δικτύου σε περίπτωση διαταραχής. Στην εργασία αυτή οι διαταραχές που εξετάζονται είναι η αύξηση των φορτίων και η απώλεια γραμμών. Κάθε ζώνη πραγματοποιεί έλεγχο μέσα σε αυτή, χρησιμοποιώντας τη διαθέσιμη άεργο ισχύ των γεννητριών της ζώνης καθώς και τους διαθέσιμους πυκνωτές. Τέλος, για τον έλεγχο της τάσης χρησιμοποιήθηκε και η μέθοδος βελτιστοποίησης σμήνους σωματιδίων (Particle Swarm Optimization Technique) ανεξάρτητα για κάθε ζώνη.

Συμπερασματικά, με το διαχωρισμό του δικτύου σε ζώνες είναι δυνατή η απλοποίηση μεγάλων δικτύων καθιστώντας τον έλεγχο του δικτύου πιο αποτελεσματικό και πιο εφικτή τη ρύθμιση της τάσης των ζυγών, αποτρέποντας έτσι τη διάδοση των διαταραχών μεταξύ διαφορετικών ζωνών του δικτύου.

The purpose of this thesis is to develop techniques in order to control the voltage of buses in a decentralized manner. A partitioning is applied and each zone makes corrective actions parallel to and independently from other zones, for voltage regulation in case of disturbances in the network.

More specifically, this thesis is divided into three main parts. The first part is a small introduction on the notion of clustering and on the most important clustering algorithms that are used today. In this introduction, it is analyzed why it is necessary to develop and optimize the control in today’s power systems. This chapter describes the reasons for separating a power system into zones. Furthermore, there is a presentation and a comparison between centralized and decentralized control in power systems. In the second part, different algorithms-methods are developed in order to divide IEEE 118 -bus network into bus groups. The purpose of this partitioning is to create zones with the minimum power exchange. As a result, when a disturbance occurs in a zone, it will have limited impact on other zones and furthermore, corrective actions will have higher effect on the buses of the same zone. In the third part, the partitioning which has been applied is used to control the power system, in real time. The purpose of this control is to limit the voltage disturbance which has occurred from load augmentation or the opening of branches and to regulate the voltage in specific limits. When a disturbance occurs in a zone, the control is activated by using the reactive power reserve of the generators in the zone or by injecting reactive power with capacitors in specific buses in the zone. Finally, for the voltage control, Particle Swarm Optimization Technique is used. In conclusion, the partitioning of the power network in different groups can be used for the reduction of the complexity of big power systems. As a result, the control and the regulation of voltage can be more efficient, thus avoiding the propagation of a disturbance in different groups.