Συμβολή στην ανάπτυξη κατανεμημένων αλγορίθμων για τον έλεγχο και τη λειτουργία ευφυών δικτύων διανομής

Κουβελιώτης-Λυσίκατος, Ιάσων Ν.; Kouveliotis-Lysikatos, Iason

dc.contributor.author	Κουβελιώτης-Λυσίκατος, Ιάσων Ν.	el
dc.contributor.author	Kouveliotis-Lysikatos, Iason	en
dc.date.accessioned	2020-07-24T08:12:50Z
dc.date.available	2020-07-24T08:12:50Z
dc.date.issued	2020-07-24
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50970
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18668
dc.description.abstract	Tα σύγχρονα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας αντιμετωπίζουν σημαντικές προκλήσεις και πρωτόγνωρα προβλήματα, για τα οποία αναζητούνται εναλλακτικές λύσεις μέσα από τις καινοτόμες τεχνολογίες των ευφυών δικτύων. Ωστόσο, η ραγδαία αύξηση της «νοημοσύνης» και του όγκου των δεδομένων στα ευφυή δίκτυα οδήγησε στην διερεύνηση τεχνικών ελέγχου, οι οποίες θα μπορούν να επιτύχουν αποδοτικό και στιβαρό έλεγχο διαφυλάσσοντας την ιδιωτικότητα των χρηστών και κατανέμοντας την επίλυση του εκάστοτε προβλήματος από ένα κεντρικό σημείο, στο επίπεδο κάθε στοιχειώδους μονάδας ελέγχου. Η παρούσα διδακτορική διατριβή στοχεύει στην ανάπτυξη και διερεύνηση κατανεμημένων τεχνικών για τη λειτουργία και τον έλεγχο του ευφυούς Δικτύου Διανομής, οι οποίες θα απαιτούν ανταλλαγή πληροφοριών μόνο μεταξύ γειτονικών (ομότιμων) κόμβων του συστήματος και θα επιτυγχάνουν τη βέλτιστη λύση του προβλήματος απόφασης, χωρίς την ανάγκη κεντρικού συντονισμού. Αρχικά, πραγματοποιείται μια εποπτική ταξινόμηση μοντέλων κατανεμημένης βελτιστοποίησης και στη συνέχεια αναλυτική βιβλιογραφική ανασκόπηση των σχετικών με τις προτεινόμενες μεθόδους μελετών. Πρώτα, αντιμετωπίζεται το πρόβλημα της Οικονομικής Κατανομής Φορτίου για μονάδες Διεσπαρμένης Παραγωγής, για την επίλυση του οποίου χρησιμοποιείται το μοντέλο Τοπικών Εξισώσεων Κλωνωτή. Η βασική μέθοδος ενσωματώνει τα τεχνικά όρια των μονάδων και τον εξισωτικό περιορισμό κάλυψης φορτίου και στη συνέχεια επεκτείνεται προκειμένου να λαμβάνει υπόψη τις απώλειες ενεργού ισχύος μέσω του κατανεμημένου υπολογισμού των Συντελεστών Ποινής Απωλειών κάθε μονάδας. Στη συνέχεια, αναπτύσσεται μεθοδολογία η οποία επιλύει κατανεμημένα το πρόβλημα της ροής φορτίου. Η μέθοδος βασίζεται στον αλγόριθμο Newton-Raphson σε συνδυασμό με ένα κατανεμημένο πρωτόκολλο για τον υπολογισμό των διορθώσεων τάσης και γωνίας. Η μέθοδος εκμεταλλεύεται μια σημαντική ιδιότητα της Ιακωβιανής μήτρας των εξισώσεων ροής φορτίου. Αξιοποιώντας την ίδια ιδιότητα μελετάται και το πρόβλημα της ρύθμισης τάσης, το οποίο διατυπώνεται ως πρόβλημα βελτιστοποίησης για την εύρεση των ελάχιστων εγχύσεων ενεργού και αέργου ισχύος από τους ελεγχόμενους πόρους του ευφυούς ΔΔ με σκοπό την αντιμετώπιση των παραβιάσεων τάσης. Η μέθοδος χρησιμοποιεί τον αλγόριθμο κατάβασης βαθμίδας σε συνδυασμό με μια μέθοδο κυρτής βελτιστοποίησης που επιλύει κατανεμημένα την αντιστροφή της Ιακωβιανής των εξισώσεων ροής φορτίου του δικτύου. Η ακρίβεια και η αποτελεσματικότητα κάθε προτεινόμενης μεθόδου διερευνάται και αξιολογείται με μια σειρά σεναρίων προσομοίωσης, πρώτα σε απλοποιημένα δίκτυα διανομής λίγων κόμβων και στη συνέχεια σε μεγαλύτερα, πρότυπα δίκτυα. Στο τελευταίο κεφάλαιο, διερευνάται η δυνατότητα χρήσης τεχνολογιών κατανεμημένων μητρώων (blockchain) για την αντιμετώπιση προβλημάτων ευφυών δικτύων, αναγνωρίζοντας τις δυνατότητες και τους περιορισμούς που αυτές εμφανίζουν. Προτείνεται η επίλυση συγκεκριμένων κατηγοριών προβλημάτων και σε αυτήν την κατεύθυνση σχεδιάζονται και υλοποιούνται δύο σενάρια αποκεντρωμένων εφαρμογών, ένα για την αυτοματοποίηση της προμήθειας ηλεκτρικής ενέργειας και ένα για τη λειτουργία αποκεντρωμένης αγοράς ενέργειας στα πλαίσια των ενεργειακών κοινοτήτων.	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/gr/	*
dc.subject	Κατανεμημένη βελτιστοποίηση	el
dc.subject	Distributed optimization	en
dc.subject	Ευφυή δίκτυα	el
dc.subject	Smart grids	en
dc.subject	Βέλτιστη ρύθμιση τάσης	el
dc.subject	Optimal voltage control	en
dc.subject	Οικονομική κατανομή φορτίου	el
dc.subject	Economic dispatch	en
dc.subject	Κατανεμημένα μητρώα	el
dc.subject	Distributed ledger	en
dc.title	Συμβολή στην ανάπτυξη κατανεμημένων αλγορίθμων για τον έλεγχο και τη λειτουργία ευφυών δικτύων διανομής	el
dc.title.alternative	Development of distributed algorithms for the control and operation of smart distribution grids	en
dc.contributor.department	Power Systems Lab	el
heal.type	doctoralThesis
heal.classification	Electrical Engineering	en
heal.classification	Engineering & Technology	en
heal.classification	Μηχανική & Τεχνολογία	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-03-12
heal.abstract	Modern power networks face major challenges and newly posed problems for which alternative solutions are examined, driven by smart grid technologies. However, the rapid increase of networked intelligent electronic devices and data volume in Active Distribution Networks lead the way for the investigation of innovative solutions that would achieve efficient and robust control by dispersing the solution of the centralized problem at the level of each elementary control unit, ensuring at the same time the data privacy of the users. This thesis aims at developing and investigating distributed techniques for the operation and control of Smart Distribution Grids. These methods require the exchange of information only between adjacent nodes (peers) and achieve the optimal solution without the need for central coordination. Initially, an overview of the most common distributed optimization models is given, together with a detailed literature review of the studies related to the proposed methods. First, the problem of Economic Dispatch for Distributed Generation (DG) units is tackled, for which the Local Replicator Equation model is employed. The basic algorithm integrates the technical limits of the units and the generation-demand equality constraint and is thereafter extended to optimality take into account the active power losses. It achieves this by calculating in a distributed way the Loss Penalty Factors of the DG units. Afterwards, the problem of load flow is examined. A distributed methodology is developed which is based on the Newton-Raphson algorithm in combination with a distributed protocol for calculating the correction values of voltages and angles. The method exploits an important property of the Jacobian matrix of the power flow equations. The same property is used for reaching a distributed solution for the problem of voltage control which is formulated as a distributed optimization problem that aims at minimizing the active and reactive injections of the grid’s controllable resources, that will alleviate any voltage violations. The method uses a gradient descent algorithm and an optimization method that performs the inversion of the Jacobian matrix of the power flow equations in a distributed manner. The accuracy and the effectiveness of each developed method, is investigated and evaluated through a series of simulation scenarios, first in simplified distribution grids with a few nodes and then in larger networks. In the final chapter, the applicability of blockchain technologies to smart grid problems is investigated, by identifying their potential benefits and limitations. Specific categories of energy related problems are considered particularly relevant for handling them with blockchain technologies. In this direction, two scenarios of decentralized applications are designed and implemented, the first one pertaining to the automation of the electricity supply and the second one to the facilitation of decentralized energy markets in the context of energy communities.	en
heal.advisorName	Χατζηαργυρίου, Νικόλαος	el
heal.advisorName	Hatziargyriou, Nikolaos	en
heal.committeeMemberName	Παπαθανασίου, Σταύρος	el
heal.committeeMemberName	Papathanasiou, Stavros	en
heal.committeeMemberName	Γεωργιλάκης, Παύλος	el
heal.committeeMemberName	Georgilakis, Pavlos	en
heal.committeeMemberName	Σταφυλοπάτης, Ανδρέας-Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Stafylopatis, Andreas-Georgios	en
heal.committeeMemberName	Χατζηβασιλειάδης, Σπύρος	el
heal.committeeMemberName	Chatzivasileiadis, Spyros	en
heal.committeeMemberName	Μπακιρτζής, Αναστάσιος	el
heal.committeeMemberName	Bakirtzis, Anastasios	en
heal.committeeMemberName	Παγουρτζής, Αριστείδης	el
heal.committeeMemberName	Pagourtzis, Aristeidis	en
heal.academicPublisher	Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	209 σ.
heal.fullTextAvailability	true