Γενικευμένα δυναμικά μοντέλα για έξυπνα δίκτυα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας

Abstract

Κύριος στόχος της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη ενός δυναμικού μοντέλου μειωμένης τάξης το οποίο βασίζεται σε μετρήσεις και είναι κατάλληλο για την αναπαράσταση της δυναμικής συμπεριφοράς μικροδικτύων καθώς και εκτεταμένων δικτύων. Η ολοένα αυξανόμενη σύνδεση μονάδων Διανεμημένης Παραγωγής στο δίκτυο διανομής καθώς και η ένταξη σύγχρονων τεχνολογιών των έξυπνων δικτύων προκαλεί σημαντικές αλλαγές στην τοπολογία και στη λειτουργία των δικτύων διανομής και κατ’ επέκταση επηρεάζει σημαντικά τη δυναμική τους συμπεριφορά.Αρχικά, στα πλαίσια της διατριβής ερευνάται η εφαρμογή δύο βασικών μεθόδων αναγνώρισης συστημάτων, της PEM και της ανάλυσης Prony, οι οποίες βασίζονται σε δεδομένα μετρήσεων και έχουν σα στόχο τη δημιουργία μοντέλων που βασίζονται στην τεχνική του μαύρου κουτιού. Προτείνεται μια δομή μοντέλου που αναπαριστά όλες τις μεταβλητές συστήματος: την ενεργό και άεργο ισχύ, την τάση, το ρεύμα και τη συχνότητα. Από την εφαρμογή των μεθόδων είναι δυνατή η ανάλυση της δυναμικής συμπεριφοράς των μικροδικτύων. Πιο συγκεκριμένα οι μέθοδοι εφαρμόζονται σε πραγματικά δεδομένα μετρήσεων από ένα εργαστηριακό μικροδίκτυο χαμηλής τάσης, για διάφορες περιπτώσεις λειτουργίας με στρεφόμενες μονάδες παραγωγής καθώς και μονάδες συνδεδεμένες μέσω ηλεκτρονικών ισχύος που εκτελούν έλεγχο με καμπύλες ρύθμισης τάσης και συχνότητας.Στη συνέχεια αναπτύσσεται ένα δυναμικό μοντέλο το οποίο βασίζεται στην ανάλυση Prony σε συνδυασμό με βελτιστοποίηση ελαχίστων τετραγώνων. Το προτεινόμενο μοντέλο εισάγει έναν επιπλέον εμπειρικό επαναληπτικό βρόχο με στόχο τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας της μεθόδου για χρήση σε πραγματικά δεδομένα μετρήσεων. Επιπλέον χρησιμοποιώντας κατάλληλους συντελεστές διόρθωσης προσφέρει τη δυνατότητα προσομοίωσης διαφορετικών περιπτώσεων από αυτές που έχουν χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό των παραμέτρων, ξεπερνώντας την εγγενή αδυναμία των μοντέλων που βασίζονται στην τεχνική του μαύρου κουτιού. Η επαλήθευση του μοντέλου πραγματοποιείται με τη χρήση τόσο δεδομένων από αναλυτικές προσομοιώσεις όσο και πραγματικών δεδομένων από ένα εργαστηριακό μικροδίκτυο για διάφορες περιπτώσεις.Τέλος, το μοντέλο ενσωματώνεται σε δύο αντιπροσωπευτικούς τύπους προγραμμάτων προσομοίωσης συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας, τα οποία εκτελούν προσομοιώσεις στο πεδίο του χρόνου και στο πλαίσιο dq0. Πραγματοποιείται αναλυτική επαλήθευση της ευελιξίας του μοντέλου για αναπαράσταση διαφόρων τμημάτων ενός δικτύου μέχρι το επίπεδο μεμονωμένων μονάδων και επαληθεύεται η ταυτόχρονη εφαρμογή πολλαπλών μοντέλων που αναπαριστούν διαφορετικά τμήματα ενός δικτύου.

Κύριος στόχος της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη ενός δυναμικού μοντέλου μειωμένης τάξης το οποίο βασίζεται σε μετρήσεις και είναι κατάλληλο για την αναπαράσταση της δυναμικής συμπεριφοράς μικροδικτύων καθώς και εκτεταμένων δικτύων. Η ολοένα αυξανόμενη σύνδεση μονάδων Διανεμημένης Παραγωγής στο δίκτυο διανομής καθώς και η ένταξη σύγχρονων τεχνολογιών των έξυπνων δικτύων προκαλεί σημαντικές αλλαγές στην τοπολογία και στη λειτουργία των δικτύων διανομής και κατ’ επέκταση επηρεάζει σημαντικά τη δυναμική τους συμπεριφορά.Αρχικά, στα πλαίσια της διατριβής ερευνάται η εφαρμογή δύο βασικών μεθόδων αναγνώρισης συστημάτων, της PEM και της ανάλυσης Prony, οι οποίες βασίζονται σε δεδομένα μετρήσεων και έχουν σα στόχο τη δημιουργία μοντέλων που βασίζονται στην τεχνική του μαύρου κουτιού. Προτείνεται μια δομή μοντέλου που αναπαριστά όλες τις μεταβλητές συστήματος: την ενεργό και άεργο ισχύ, την τάση, το ρεύμα και τη συχνότητα. Από την εφαρμογή των μεθόδων είναι δυνατή η ανάλυση της δυναμικής συμπεριφοράς των μικροδικτύων. Πιο συγκεκριμένα οι μέθοδοι εφαρμόζονται σε πραγματικά δεδομένα μετρήσεων από ένα εργαστηριακό μικροδίκτυο χαμηλής τάσης, για διάφορες περιπτώσεις λειτουργίας με στρεφόμενες μονάδες παραγωγής καθώς και μονάδες συνδεδεμένες μέσω ηλεκτρονικών ισχύος που εκτελούν έλεγχο με καμπύλες ρύθμισης τάσης και συχνότητας.Στη συνέχεια αναπτύσσεται ένα δυναμικό μοντέλο το οποίο βασίζεται στην ανάλυση Prony σε συνδυασμό με βελτιστοποίηση ελαχίστων τετραγώνων. Το προτεινόμενο μοντέλο εισάγει έναν επιπλέον εμπειρικό επαναληπτικό βρόχο με στόχο τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας της μεθόδου για χρήση σε πραγματικά δεδομένα μετρήσεων. Επιπλέον χρησιμοποιώντας κατάλληλους συντελεστές διόρθωσης προσφέρει τη δυνατότητα προσομοίωσης διαφορετικών περιπτώσεων από αυτές που έχουν χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό των παραμέτρων, ξεπερνώντας την εγγενή αδυναμία των μοντέλων που βασίζονται στην τεχνική του μαύρου κουτιού. Η επαλήθευση του μοντέλου πραγματοποιείται με τη χρήση τόσο δεδομένων από αναλυτικές προσομοιώσεις όσο και πραγματικών δεδομένων από ένα εργαστηριακό μικροδίκτυο για διάφορες περιπτώσεις.Τέλος, το μοντέλο ενσωματώνεται σε δύο αντιπροσωπευτικούς τύπους προγραμμάτων προσομοίωσης συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας, τα οποία εκτελούν προσομοιώσεις στο πεδίο του χρόνου και στο πλαίσιο dq0. Πραγματοποιείται αναλυτική επαλήθευση της ευελιξίας του μοντέλου για αναπαράσταση διαφόρων τμημάτων ενός δικτύου μέχρι το επίπεδο μεμονωμένων μονάδων και επαληθεύεται η ταυτόχρονη εφαρμογή πολλαπλών μοντέλων που αναπαριστούν διαφορετικά τμήματα ενός δικτύου.