Πιθανοτική προσέγγιση για τη βέλτιστη τοποθέτηση και διαστασιολόγηση ανεμογεννητριών σε δίκτυα διανομής

Abstract

Η απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας, η συνεχώς αυξανόμενη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας, η συμφόρηση των γραμμών μεταφοράς και οι πρόσφατες εξελίξεις στις τεχνολογίες ανανεώσιμων πηγών ενέργειας έχουν στρέψει το ενδιαφέρον στην αλλαγή της δομής του συστήματος διανομής ηλεκτρικής ενέργειας με την διείσδυση μονάδων διεσπαρμένης παραγωγής στα δίκτυα διανομής. Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι η βέλτιστη τοποθέτηση και διαστασιολόγηση ανεμογεννητριών σε δίκτυα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, λαμβάνοντας υπόψη την τυχαία συμπεριφορά της ταχύτητας του ανέμου και της ζήτησης φορτίου, ώστε να μεγιστοποιηθεί το οικονομικό όφελος της επένδυσης. Η μεθοδολογία που αναπτύχθηκε στην παρούσα εργασία βασίζεται στην δημιουργία ενός πιθανοτικού μοντέλου για την παραγωγή και την ζήτηση που συνδυάζει όλες τις πιθανές καταστάσεις λειτουργίας των ανεμογεννητριών και της ζήτησης φορτίου με τις αντίστοιχες πιθανότητες τους και στην ενσωμάτωση του πιθανοτικού μοντέλου σε ένα ντετερμινιστικό πρόβλημα σχεδιασμού. Το πρόβλημα σχεδιασμού εκφράζεται ως πρόβλημα μη γραμμικού προγραμματισμού, με αντικειμενική συνάρτηση βελτιστοποίησης την μεγιστοποίηση του οικονομικού οφέλους και περιορισμούς τα όρια της τάσης των ζυγών, τα θερμικά όρια των γραμμών, την μέγιστη επιτρεπόμενη διείσδυση αιολικής ισχύος στο δίκτυο και το διαθέσιμο κεφάλαιο της επένδυσης. Στα πλαίσια της εργασίας, αναπτύχθηκε λογισμικό στο περιβάλλον βελτιστοποίησης GAMS, το οποίο εφαρμόστηκε σε δίκτυα διανομής 4, 15 και 34 ζυγών. Για κάθε δίκτυο, υπολογίζεται η βέλτιστη θέση εγκατάστασης και το βέλτιστο μέγεθος της εγκατεστημένης ισχύος των ανεμογεννητριών και πραγματοποιείται η οικονομική αξιολόγηση της επένδυσης. Στη συνέχεια, τα αποτελέσματα της προτεινόμενης μεθόδου συγκρίνονται με αυτά της ντετερμινιστικής προσέγγισης, κατά την οποία η παραγόμενη ισχύς από τις ανεμογεννήτριες και η ζήτηση φορτίου θεωρούνται σταθερές, και εξάγονται συμπεράσματα. Τέλος, προτείνονται ενδεχόμενες επεκτάσεις της εργασίας.

Power system deregulation, the continuously growing energy demand, the shortage of transmission capacities and recent development in renewable generation technologies have drawn attention to possible changes in the distribution system infrastructure by deploying distributed generation in distribution systems. The scope of this thesis is the optimal siting and sizing of wind-based distributed generation in distribution systems, considering the random behavior of wind speed and load demand, so as to maximize the investment’s economic benefits. The methodology developed in this work is based on generating a probabilistic generation-load model that combines all possible operating conditions of wind turbines and load levels with their probabilities and accommodating the probabilistic model in a deterministic planning problem. The planning problem is formulated as a non-linear programming, with an objective function for the maximization of the economic benefits and the constraints include voltage limits at different buses of the system, feeder capacity, maximum penetration limit of wind power and available capital investment. In this work, software has been developed on the optimization platform GAMS, which was applied to distribution networks of 4, 15 and 34 buses. For each network, the optimal location and the optimal size of the installed capacity of wind turbines are calculated and the economic evaluation of investment is made. Then, the results of the proposed method are compared with those of the deterministic approach, where the output power of wind turbines and the load demand are considered constant, and conclusions are drawn. Finally, possible extensions of the work are proposed.