Βελτιστοποίηση Ρυθμίσεων Στοιχείων Υπερέντασης σε Προσαρμοστικά ή μη Συστήματα Προστασίας Σύγχρονων Δικτύων Διανομής και Συστημάτων Μεταφοράς

Abstract

Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται την ανάπτυξη πρωτότυπων μεθόδων, όσον αφορά την εφαρμογή προσαρμοστικών συστημάτων προστασίας σε σύγχρονα δίκτυα διανομής και τον αυτοματοποιημένο υπολογισμό βέλτιστων τιμών ρύθμισης για τα στοιχεία υπερέντασης προσαρμοστικών ή μη συστημάτων προστασίας, τόσο σε δίκτυα διανομής, όπου τα στοιχεία υπερέντασης παρέχουν πρωτεύουσα προστασία, όσο και σε συστήματα μεταφοράς, όπου τα στοιχεία υπερέντασης παρέχουν επικουρική προστασία επιπλέον της κύριας. Αρχικά, αναλύονται οι βασικές αρχές που διέπουν την προστασία συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας και παράλληλα περιγράφονται τα χαρακτηριστικά των σύγχρονων συστημάτων προστασίας. Επίσης, παρουσιάζεται περιεκτικά η θεωρία ανάλυσης βραχυκυκλωμάτων, παρέχοντας το απαραίτητο θεωρητικό υπόβαθρο για την κατανόηση της φύσης των ρευμάτων βραχυκύκλωσης και των τεχνικών προστασίας. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην ειδική περίπτωση του διφασικού βραχυκυκλώματος προς γη με αντίσταση σφάλματος σε επαρκώς γειωμένα δίκτυα, διερευνώντας τις συνθήκες υπό τις οποίες η παρουσία αντίστασης δεν περιορίζει το φασικό ρεύμα σφάλματος, αλλά αντίθετα οδηγεί σε αύξησή του. Εν συνεχεία, εκπονείται εκτενής βιβλιογραφική ανασκόπηση, αναφορικά με τα προβλήματα προστασίας που ανακύπτουν στα σύγχρονα δίκτυα διανομής από την παρουσία διεσπαρμένης παραγωγής. Τα ενδεχόμενα προβλήματα προστασίας διερευνώνται διεξοδικά, συναρτήσει της τεχνολογίας, της εγκατεστημένης ισχύος και της θέσης εγκατάστασης των μονάδων διεσπαρμένης παραγωγής. Η πιθανότητα εμφάνισής τους επιβεβαιώνεται σε αντιπροσωπευτικό τμήμα του Ελληνικού δικτύου διανομής, το οποίο χαρακτηρίζεται από υψηλή διείσδυση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Για την πλήρη αντιμετώπιση των ενδεχόμενων προβλημάτων προστασίας σε ενεργά δίκτυα διανομής προτείνεται ολοκληρωμένη λύση, η οποία βελτιώνει το παραδοσιακό σχήμα προστασίας παθητικών δικτύων διανομής, χρησιμοποιώντας σύγχρονες τεχνικές. Τα προσαρμοστικά συστήματα προστασίας αποτελούν τη δημοφιλέστερη μέθοδο προστασίας ενεργών δικτύων διανομής. Στο πλαίσιο αξιολόγησης της συγκεκριμένης μεθόδου, αναπτύσσεται πρότυπη εργαστηριακή διάταξη, η οποία προσομοιώνει το εξεταζόμενο δίκτυο διανομής, με τη χρήση ψηφιακού προσομοιωτή πραγματικού χρόνου, επιτηρεί αδιάλειπτα την τοπολογία του δικτύου, με τη χρήση κεντρικής μονάδας ελέγχου και προσαρμόζει αυτόματα τις ομάδες ρυθμίσεων των εμπλεκόμενων ηλεκτρονόμων προστασίας, σε περίπτωση σημαντικής αλλαγής της λειτουργικής κατάστασης του δικτύου. Η λειτουργικότητα του προσαρμοστικού συστήματος προστασίας επιδεικνύεται μέσω σειράς δοκιμών κλειστού βρόχου, χρησιμοποιώντας πραγματικές συσκευές προστασίας και ελέγχου. Για το τεχνικό πρόβλημα υπολογισμού βέλτιστων τιμών ρύθμισης των χρησιμοποιούμενων στοιχείων υπερέντασης στους σύγχρονους ψηφιακούς ηλεκτρονόμους, προσαρμοστικών ή μη συστημάτων προστασίας, προτείνεται πρωτότυπη μαθηματική διατύπωση και καινοτόμος μέθοδος επίλυσής του, με χρήση προχωρημένων τεχνικών βελτιστοποίησης. Παρουσιάζονται εκτενώς οι πρόσφατες μέθοδοι που έχουν προταθεί στη διεθνή βιβλιογραφία και, εν συνεχεία, αναπτύσσονται νέα μαθηματικά μοντέλα, τα οποία καλύπτουν πλήρως το τεχνικό πρόβλημα. Τα εν λόγω μοντέλα βελτιστοποίησης, καθώς και οι προηγμένοι αλγόριθμοι που χρησιμοποιούνται για την επίλυσή τους, ενσωματώνονται σε ένα πακέτο λογισμικού, το οποίο αυτοματοποιεί τη μελέτη επιλογικής συνεργασίας των στοιχείων υπερέντασης. Η αποδοτικότητα και η υψηλή επίδοση της προτεινόμενης μεθόδου επιδεικνύονται μέσω εφαρμογής της σε πρότυπα ηλεκτρικά δίκτυα της σχετικής βιβλιογραφίας.