Ανάπτυξη  αλγορίθμου ενεργειακής διαχείρισης στόλου ηλεκτρικών οχημάτων στα πλαίσια λειτουργίας ενός εικονικού σταθμού παραγωγής

Δράκος, Γεώργιος; Drakos, Georgios

dc.contributor.author	Δράκος, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Drakos, Georgios	en
dc.date.accessioned	2016-09-12T11:54:45Z
dc.date.available	2016-09-12T11:54:45Z
dc.date.issued	2016-09-12
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/43485
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.13061
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Ηλεκτρικά οχήματα	el
dc.subject	Πάροχος ηλεκτρικής ενέργειας	el
dc.subject	Διεπίπεδος προγραμματισμός	el
dc.subject	Μεγιστοποίηση κέρδους	el
dc.subject	Ημερήσιος ενεργειακός προγραμματισμός	el
dc.subject	Electric vehicles	en
dc.subject	Aggregator	en
dc.subject	Vehicle-to-grid (V2G)	en
dc.subject	Two-level linear programming	en
dc.subject	Optimization problem	en
dc.subject	Energy management	en
dc.subject	Day-ahead market	en
dc.title	Ανάπτυξη αλγορίθμου ενεργειακής διαχείρισης στόλου ηλεκτρικών οχημάτων στα πλαίσια λειτουργίας ενός εικονικού σταθμού παραγωγής	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Συστήματα παραγωγής, μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας	el
heal.classification	Ηλεκτρονικά και υβριδικά οχήματα	el
heal.classification	Ηλεκτρολογία	el
heal.classification	Ενεργειακή τεχνολογία και μηχανική	el
heal.classification	Έλεγχος οχημάτων	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/2062ae491f9df7b94c3af024eb007856ce9fc128
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/4ee3c92831f9496746957f8b445be8fd1b1a2b25
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/eb5ac721eadbe749265337be1c6471fc2c1b8305
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/1bbf0983060ad160c63901d40ee108d7cf1f197a
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-07-13
heal.abstract	Προβλέπεται ότι τα επόμενα χρόνια, τα ηλεκτρικά οχήματα με δυνατότητα σύνδεσης στο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας (plug-in EVs), θα έχουν σημαντικά περιβαλλοντικά και οικονομικά πλεονεκτήματα λόγω της δυνατότητας τους να λειτουργούν ως διεσπαρμένες μονάδες αποθήκευσης ενέργειας. Παραδείγματος χάριν να αποθηκεύουν ενέργεια κατά τις ώρες εκείνες που η τιμή ενέργειας του δικτύου είναι χαμηλή μέσω της G2V λειτουργίας και να υποστηρίζουν την λειτουργία του δικτύου (περιορίζοντας τις αιχμές του δικτύου, ρυθμίζοντας την συχνότητα και τα επίπεδα τάσης του κ.α) εκχύοντας ενέργεια στο δίκτυο μέσω της V2G λειτουργίας τις ώρες με υψηλή ζήτηση φορτίου. Το βασικό χαρακτηριστικό που διαφοροποιεί τα ηλεκτρικά οχήματα από τις μπαταρίες είναι η κινητικότητα τους. Τα ηλεκτρικά οχήματα τις ώρες που δεν μετακινούνται συνδέονται με το δίκτυο απαιτώντας ένα ημερήσιο ποσό ενέργειας, ώστε να εξυπηρετήσουν τις ανάγκες μετακινησής τους. Παρόλο που η ενσωμάτωση διεσπαρμένων μονάδων όπως ευέλικτων φορτίων, ηλεκτρικών οχημάτων και μονάδων παραγωγής είναι επιθυμητή, εντούτοις, η αυξημένη διείσδυση αυτών των τεχνολογιών αναμένεται να τροποποιήσει τον τρόπο που τα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας λειτουργούσαν και κατασκευάζονταν. Είναι απολύτως κατανοητό ότι η ενσωμάτωση αυτών των διεσπαρμένων μονάδων χωρίς την συνεχή παρακολούθηση της λειτουργίας τους αναμένεται να είναι επιζήμια για την ασφαλή και ομαλή λειτουργία του δικτύου. Υπάρχουν κυρίως δύο εναλακτικές για να ενσωματώσουμε αποτελεσματικά τις διεσπαρμένες μονάδες σε ένα δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας, η έννοια του μικροδικτύου (microgrids), ή η έννοια του εικονικού σταθμού παραγωγής (Virtual Power Plant).Η έννοια του μικροδικτύου αφορά κυρίως δίκτυα μέσης ή χαμηλής τάσης που διαθέτουν διεσπαρμένες μονάδες παραγωγής, διαχειρίσιμα φορτία και μονάδες αποθήκευσης ενέργειας, τα οποία λειτουργούν με ένα εννιαίο τρόπο διαχείρισης επιτυγχάνοντας την θεώρηση τους από το υπόλοιπο δίκτυο ως μια εννιαία οντότητα η οποία έχει την δυνατότητα ακόμα και να λειτουργήσει αυτόνομα. Από την άλλη πλευρά, οι οντότητες ενός εικονικού σταθμού παραγωγής (VPP) δεν είναι απαραιτητο να εντοπίζονται στην ίδια γεωγραφική περιοχή, αλλά χρησιμοποιώντας συστήματα επικοινωνίας καταφέρνουν να λειτουργούν σαν μια ενιαία αγοραστική οντότητα. Η συγκεκριμένη διπλωματική εργασία αποσκοπεί, να μελετήσει την ενσωμάτωση των ηλεκτρικών οχημάτων σε ένα δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας, το οποίο υιοθετεί την ένοια του εικονικού σταθμού παραγωγής (VPP). Με δεδομένο αυτό, ένα ιεραρχικό μοντέλο λήψης αποφάσεων αναπτύχθηκε, το οποίο έχει ως στόχο να περιγράψει την αληλεπίδραση των αποφάσεων μεταξύ του διαχειριστή του εικονικού σταθμού παραγωγής (aggregator) και των διεσπαρμένων μονάδων, όπως είναι τα ευέλικτα φορτία, τα διακοπτόμενα φορτία, τα ελαστικά φορτία τα οποία ελέγχονται μέσω καμπύλης τιμής, τις μονάδες παραγωγής και τα ηλεκτρικά οχήματα. Το συγκεκριμένο μοντέλο αποτυπώθηκε σαν ένα διεπίπεδο πρόβλημα βελτιστοποίησης για τον διαχειριστή του VPP ο οποίος συμβάλει στον ενεργειακό προγραμματισμό της επόμενης μέρας, μοντέλο το οποίο είναι παρόμοιο με ένα πρόβλημα παιγνίων του Stackelberg (Stackelberg type gme). Αυτό το διεπίπεδο πρόβλημα βελτιστοποίησης μετατράπηκε σε ένα μικτό ακέραιου γραμμικού προγραμματισμού πρόβλημα χρησιμοποιώντας τις συνθήκες Karush-Kuhn-Tucker και την αρχή της δυϊκότητας. Ο διαχειριστής του VPP επιτυγχάνει την ενεργειακή διαχείριση των διεσπαρμένων μονάδων έμμεσα χρησιμοποιώντας σήματα τιμών τα οποία μεταφέρονται σε κάθε μια αγοραστική οντότητα του VPP, κάνοντας χρήση των μέσων τηλεπικοινωνίας (the ICT infrastructure) που εισάγει η τεχνολογία των έξυπνων δικτύων (the Smart Grid concept). Ο κύριως στόχος του αλγόριθμου είναι να μεγιστοποιήσει τόσο τα κέρδη του διαχειριστή του VPP, όσο και τα κέρδη των διεσπαρμένων μονάδων των οποίων το ενεργειακό προφίλ είναι γνωστό εκ των προτέρων. Τα ηλεκτρικά οχήματα ενσωματώνονται στο VPP θεωρώντας ότι η ροή ενέργειας τους από και προς το δίκτο είναι διττή (φόρτιση, εκφόρτιση).Πιο συγκεκριμένα, στοχεύουν να εξυπηρετήσουν τις ενεργειακές ανάγκες μετακίνσης τους στο χαμηλότερο κόστος καθώς και να παράξουν στο διαχειριστή του VPP υπηρεσίες αποθήκευσης ενέργειας συμβάλλοντας στην οικονομικότερη λειτουργία του.Τέλος, ο ημερήσιος ενεργειακός προγραμματισμός του στόλου των ηλεκτρικών οχημάτων καθορίζει το ενεργειακού του προφίλ βασιζόμενος σε μια στοχαστική πρόβλεψη των μετακινήσεων του.	el
heal.abstract	It is foreseen that, in the upcoming years, plug-in Electric Vehicles (EVs) will have a noteworthy environmental and economic benefit, due to their ability to operate as distributed storage units, i.e. store energy during off-peak hours when the electricity prices are low (Grid-to-Vehicle operation, G2V) and support grid operation (peak shaving, voltage/frequency support, etc.) by injecting power to the grid (Vehicle-to-Grid operation, V2G) during high consumption periods. The basic characteristic that differentiates electric vehicles from stationary batteries is their mobility. Electric vehicles are only connected to the grid during non-commuting hours and they request a specific amount of energy daily in order to meet their daily travel energy needs. Although the integration of distributed energy resources (DERs), such as responsive loads, electric vehicles and distributed generation is desirable, the increased penetration of such technologies are expected to modify the way electric networks are operated and designed. It is well understood that the integration of DER units into the power system under the “fit-and-forget” principle is not efficient for the secure and reliable operation of power grids. There are two alternatives to integrate efficiently DERs into power grids: Microgrids and Virtual Power Plants (VPPs). Microgrids are low or medium voltage networks with DER, controllable loads and storage devices that operate in a co-ordinated, controlled way, that allows them to be considered by the upstream network as one entity, but can also operate in island mode, in case of faults in the upstream network On the other hand, VPP components are not necessarily located on the same physical network, but they are also coordinated using networking infrastructure, in order to operate as one market entity. This thesis aims to study the integration of electric vehicles into power systems under the VPP concept. In this respect, a hierarchical decision making model is developed describing the interdependence of decisions between the VPP operator (Aggregator) and the distributed resources owners, such as flexible loads, curtailable loads, bid loads, distributed generation and electric vehicles. The model was formulated as a two level decision optimization problem which is equivalent to a Stackelberg-type game for the VPP aggregator in the day-ahead market. This two level decision optimization problem was converted into a mixed-integer linear programing model using the Karush-Kuhn-Tucker optimality conditions and the strong duality theory. The aggregator accomplishes the energy management of the distributed resources indirectly, by using price signals which are communicated to the respective energy stakeholders through the ICT infrastructure introduced by the Smart Grid concept. The main goal of the algorithm is to maximize both the profit of the aggregator, as well as the profits of the distributed energy resources which their price signal-depending behaviors are known a priori. Electric vehicles are integrated into VPP considering bi-directional power flow (charging/discharging) aiming to serve their mobility energy needs at the lowest cost as well as to offer storage services to the aggregator contributing to a more cost efficient VPP operation. The EV management approach is the day ahead schedule where the VPP operator defines the EV fleet market operational profile (charging/discharging) based on the stochastic EV travel patterns.	en
heal.advisorName	Χατζηαργυρίου, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Χατζηαργυρίου, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Παπαθανασίου, Σταύρος	el
heal.committeeMemberName	Γεωργιλάκης, Παύλος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	123 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true