Βέλτιστη διαχείριση μετρήσεων για ενίσχυση παρατηρησιμότητας και ακρίβειας σε εκτιμητές κατάστασης συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας με ελλιπή δεδομένα

Abstract

H ενίσχυση της εποπτείας και του ελέγχου των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας αποτελεί έναν από τους κύριους άξονες για τη μετάβαση στην εποχή των ευφυών δικτύων. Προς αυτή την κατεύθυνση, ο ρόλος και η σημασία των εκτιμητών κατάστασης που λειτουργούν στα κέντρα ελέγχου ενέργειας αναβαθμίζονται συνεχώς. Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται μεθόδους και τεχνικές βέλτιστης διαχείρισης μετρήσεων στο πλαίσιο της λειτουργίας εκτιμητών κατάστασης σταθμισμένων ελαχίστων τετραγώνων σε συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας που χαρακτηρίζονται από ελλιπή δεδομένα. Αρχικά, εκπονείται μία βιβλιογραφική επισκόπηση σχετικά με την εξέλιξη των λειτουργιών της επεξεργασίας τοπολογίας, της ανάλυσης παρατηρησιμότητας και της εκτίμησης κατάστασης σε συστήματα μεταφοράς και δίκτυα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας με στόχο την ανάδειξη των κύριων σύγχρονων προκλήσεων και σχετικών προβλημάτων. Επίσης, περιγράφεται το θεωρητικό πλαίσιο των τριών πεδίων και αναλύονται θεμελιώδεις σχετικές μέθοδοι, στοιχεία των οποίων χρησιμοποιούνται για την ανάπτυξη του προτεινόμενου ερευνητικού έργου. Κατόπιν, η μελέτη επικεντρώνεται στη διαχείριση ψευδομετρήσεων στα δίκτυα διανομής δεδομένης της έλλειψης επαρκούς αριθμού πραγματικών μετρητικών δεδομένων. Προτείνονται στοχευμένες τεχνικές για την υλοποίηση πλαισίων συνδυασμένης λειτουργίας διαφορετικών μεθόδων παραγωγής ψευδομετρήσεων φορτίου με τον αλγόριθμο εκτίμησης κατάστασης με βάση τη διαθεσιμότητα μετρητικών δεδομένων φορτίου. Επιπλέον, εξετάζεται μια μέθοδος επεξεργασίας τοπολογίας με χρήση ψευδομετρήσεων για τη μελέτη των καταστάσεων των διακοπτικών μέσων. Η αποτελεσματικότητα των προτεινόμενων προσεγγίσεων διερευνάται μέσω εκτενών προσομοιώσεων σε ένα πειραματικό και ένα πραγματικό δίκτυο διανομής. Στη συνέχεια, η έρευνα εστιάζεται στη βέλτιστη επιλογή μετρητικών μονάδων σε συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας με ελλιπή δεδομένα με σκοπό την ενίσχυση της παρατηρησιμότητας και της ακρίβειας της εκτίμησης κατάστασής τους. Προτείνονται τρεις καινοτόμες μέθοδοι, οι οποίες θεμελιώνονται στην πληροφορία του Fisher και διατυπώνονται ως προβλήματα βελτιστοποίησης με χρήση κυρτού και ημιορισμένου προγραμματισμού. Κριτήριο για την επίτευξη παρατηρησιμότητας είναι η ελαχιστοποίηση του απαιτούμενου αριθμού εγκαταστάσεων μετρητικών μονάδων, ενώ, για τη μεγιστοποίηση της ακρίβειας της εκτίμησης κατάστασης, αξιοποιούνται στατιστικά κριτήρια προερχόμενα από το βέλτιστο πειραματικό σχεδιασμό. Στις δυνατότητες των προτεινόμενων μεθόδων εμπίπτουν τόσο ο σχεδιασμός σύγχρονων μετρητικών υποδομών όσο και η βελτίωση υφιστάμενων μετρητικών συστημάτων. Οι μέθοδοι αξιολογούνται μέσω της εφαρμογής τους σε συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας από τη διεθνή βιβλιογραφία. Εν κατακλείδι, οι προτεινόμενες προσεγγίσεις αντιμετωπίζουν την έλλειψη μετρητικών δεδομένων στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας παρέχοντας ποιοτικές λύσεις για τη βέλτιστη διαχείριση μετρήσεων με γνώμονα την αποδοτική λειτουργία των εκτιμητών κατάστασης.