Kαταμερισμός απωλειών μεταφοράς στους χρήστες του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας

Abstract

Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι ο καταμερισμός των απωλειών μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας στους χρήστες του συστήματος (παραγωγούς και καταναλωτές). Η μη διαχωρίσιμη και μη γραμμική φύση των απωλειών καθιστά αδύνατο τον ακριβή καταμερισμό των απωλειών στους ζυγούς. Έτσι, γίνεται χρήση διάφορων προσεγγιστικών μοντέλων και αλγορίθμων για να καθοριστεί η συνεισφορά του κάθε χρήστη στις απώλειες του δικτύου. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετώνται και εφαρμόζονται οι ακόλουθες τέσσερις μέθοδοι καταμερισμού των απωλειών μεταφοράς: 1) η μέθοδος prorata, 2) η μέθοδος Zbus, 3) η μέθοδος cca, και 4) η μέθοδος της τιμής Shapley. Οι μέθοδοι αυτές υλοποιήθηκαν σε λογισμικό σε περιβάλλον MATLAB και εφαρμόστηκαν σε σύστημα 6 και 14 ζυγών. Αρχικά λύνεται το πρόβλημα ροών φορτίου και υπολογίζεται το εγχεόμενο ρεύμα κάθε ζυγού καθώς και οι απώλειες πραγματικής ισχύος κάθε γραμμής μεταφοράς. Στη συνέχεια υπολογίζεται η κατανομή των απωλειών στους ζυγούς με τη μέθοδο prorata, η οποία είναι μία απλή αναλογική μέθοδος. Ακολουθεί η μέθοδος Zbus, η οποία στηρίζεται στο εγχεόμενο ρεύμα ζυγών και στην αντίστροφη μήτρα αγωγιμοτήτων. Η μέθοδος cca χρησιμοποιεί το συνεισφερόμενο ρεύμα κάθε ζυγού σε κάθε γραμμή ως κριτήριο για τον καταμερισμό των απωλειών. Η τελευταία μέθοδος που μελετήθηκε είναι η μέθοδος της τιμής Shapley, η οποία είναι μία μέθοδος επίλυσης συνεργατικών παιγνίων. Παρουσιάζονται τα αποτελέσματα καταμερισμού των απωλειών των τεσσάρων μεθόδων στα δύο δίκτυα, συγκρίνονται μεταξύ τους και εξάγονται συμπεράσματα.

The scope of this thesis is the allocation of transmission losses to the power system users (producers and consumers). The non distinguishable and non linear nature of losses makes impossible the exact allocation of losses to system buses. This fact necessitates using approximate models and algorithms to determine the contribution of each individual user to system losses. In this diploma thesis, the following four loss allocation methods are studied: 1) prorata, 2) Zbus, 3) cca, and 4) Shapley value method. These methods have been implemented into software under MATLAB environment and are applied to a 6-bus as well as a 14-bus power system. As a first step, the power flow is solved, the current injection of each bus is calculated and the real power loss at each transmission line is computed. Next, the allocation of losses to system buses is calculated using prorata method, which is a simple proportional approach. Zbus method follows, which is based on bus current injection and on the inverse of the admittance matrix. Next, cca method uses bus contributed current at each line as a criterion for loss allocation. Finally, Shapley value method, a cooperative game technique, is applied for loss allocation. Results of these four loss allocation methods on two power systems are presented and compared and conclusions are drawn.