Ανάπτυξη προηγμένων επικουρικών υπηρεσιών για διαχειριστές δικτύων διανομής ηλεκτρικής ενέργειας
Authors: Πιππή Καλλιόπη 
Published: December 2024

Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής αποτελεί η ανάπτυξη καινοτόμων στρατηγικών ελέγχου για την παροχή προηγμένων επικουρικών υπηρεσιών (ΕΥ) στα σύγχρονα ενεργά δίκτυα διανομής (ΕΔΔ). Οι προτεινόμενες ΕΥ αξιοποιούν τη διαθέσιμη ενεργό και άεργο ισχύ των μετατροπέων των μονάδων διανεμημένης παραγωγής (ΜΔΠ) και των μονάδων αποθήκευσης ενέργειας (ΜΑΕ) για την επίλυση τεχνικών ζητημάτων που σχετίζονται με προβλήματα ρύθμισης τάσης (ΡΤ) και συμφόρησης των γραμμών του δικτύου. Ακόμη, στα πλαίσια αυτής προτείνεται ένα νέο πλαίσιο για τη συντονισμένη λειτουργία (ΣΛ) πρωτεύοντος/ δευτερεύοντος δικτύου διανομής (ΔΔ), με στόχο την επίλυση φαινομένων παραβίασης των επιτρεπόμενων ορίων της τάσης. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται και στη δημιουργία νέων μεθόδων για τη μελέτη της λειτουργίας των ΕΔΔ και της απόδοσης των παρεχόμενων ΕΥ σε μακροπρόθεσμο ορίζοντα. Πιο αναλυτικά, αρχικά, παρουσιάζεται μία νέα γενικευμένη μέθοδος για τη συστηματική αξιολόγηση της επίδρασης των συστημάτων ΜΔΠ/ΜΑΕ στη λειτουργία των σύγχρονων δευτερευόντων ΔΔ. Η προτεινόμενη μέθοδος αξιολόγησης συνδυάζει οιονεί-στατικές προσομοιώσεις, με εργαλεία στατιστικής ανάλυσης και τεχνικούς δείκτες, προκειμένου να εξεταστεί και να ποσοτικοποιηθεί η επίπτωση των ΜΔΠ/ΜΑΕ στην ενεργειακή συμπεριφορά των χρηστών του ΔΔ (μελέτη ιδιοκατανάλωσης, αυτάρκειας, χρήσης των ΜΑΕ), αλλά και στα λειτουργικά χαρακτηριστικά του ΔΔ (μελέτη των επιπέδων και της ασυμμετρίας των τάσεων, των απωλειών ισχύος και των φαινομένων αντίστροφης ροής ισχύος). Η δυνατότητα εφαρμογής της προτεινόμενης μεθόδου εξετάζεται σε δύο διαφορετικά δευτερεύοντα ΔΔ. Στη συνέχεια, αναπτύσσεται μία νέα στρατηγική ελέγχου τάσης που στοχεύει στην αντιμετώπιση τοπικών παραβιάσεων των ορίων της τάσης και στον περιορισμό των επιπέδων ασυμμετρίας της τάσης με την ελάχιστη δυνατή αύξηση των απωλειών του ΔΔ και την ελάχιστη χρήση των ΜΑΕ. Η προτεινόμενη στρατηγική χρησιμοποιεί δύο νέους αλγόριθμους ΡΤ και περιορισμού ασυμμετρίας τάσης (ΠΑΤ), οι οποίοι βασίζονται στη χρήση της ενεργού και άεργου ισχύος των ΜΔΠ/ΜΑΕ. Προκειμένου να εξασφαλιστεί η ελάχιστη δυνατή χρήση των ΜΑΕ, προτεραιότητα δίνεται στη χρήση της άεργου ισχύος έναντι της ενεργού. Βασικό χαρακτηριστικό των προτεινόμενων αλγόριθμων είναι η ανάπτυξή τους στο πεδίο των συμμετρικών συνιστωσών. Με τον τρόπο αυτό εξασφαλίζεται ότι οι δύο αλγόριθμοι είναι πλήρως αποσυζευγμένοι. Η αποτελεσματικότητα του προτεινόμενου σχήματος ελέγχου αξιολογείται με προσομοιώσεις στο πεδίο του χρόνου, καθώς και προσομοιώσεων πραγματικού χρόνου που διεξήχθησαν σε ένα ΔΔ εργαστηριακής κλίμακας. Η μακροπρόθεσμη απόδοση των προτεινόμενων μεθόδων ΡΤ και ΠΑΤ εξετάζεται μέσω οιονεί-στατικών προσομοιώσεων σε λογισμικό πακέτο και συγκρίνεται με αντίστοιχες γνωστές μεθόδους που έχουν προταθεί στη διεθνή βιβλιογραφία. Επιπλέον, προτείνεται μία νέα μέθοδος αξιολόγησης της παροχής ΕΥ σε δευτερεύονταΔΔ από ΜΔΠ/ΜΑΕ λαμβάνοντας υπόψη τη γήρανση των ΜΑΕ. Πυρήνας της προτεινόμενης μεθοδολογίας είναι ο συνδυασμός οιονεί-στατικών προσομοιώσεων και ενός αλγόριθμου εκτίμησης της γήρανσης των ΜΑΕ. Θεωρώντας ότι οι μετατροπείς των ΜΔΠ/ΜΑΕ έχουν τη δυνατότητα παροχής πολλαπλών ΕΥ, εξετάζεται η αποτελεσματικότητα της προτεινόμενης μεθόδου σε ένα δευτερεύον ΔΔ. Κατόπιν, εισάγεται μία νέα ενοποιημένη στρατηγική ελέγχου για την παροχή πολλαπλών ΕΥ. Σκοπός της προτεινόμενης στρατηγικής είναι η επίλυση τεχνικών ζητημάτων που σχετίζονται με παραβιάσεις των ορίων της τάσης, φαινόμενα ασυμμετρίας της τάσης, έντονων μεταβολών της ενεργού ισχύος εξόδου των ΜΔΠ και φαινόμενα υπερφόρτισης των γραμμών του ΔΔ, μέσω της χρήσης εξειδικευμένων αλγόριθμων. Η αποτελεσματικότητα της προτεινόμενης ενοποιημένης στρατηγικής ελέγχου διερευνάται διεξάγοντας προσομοιώσεις στο πεδίο του χρόνου, ενώ η μακροπρόθεσμη απόδοσή της αξιολογείται εκτελώντας οιονεί-στατικές προσομοιώσεις σε ένα μοντέλο πρωτεύοντος-δευτερεύοντος ΔΔ. Τέλος, καθώς η αντιμετώπιση τοπικών τεχνικών ζητημάτων από τους μετατροπείς τωνΜΔΠ/ΜΑΕ δεν μπορεί συνήθως να εξασφαλίσει την ορθή λειτουργία ολόκληρου του ΔΔ, εισάγεται ένας νέος αλγόριθμος που έχει ως στόχο τη ΣΛ μεταξύ πρωτεύοντος και δευτερεύοντος ΔΔ. Συγκεκριμένα, ο προτεινόμενος αλγόριθμος ΣΛ χρησιμοποιεί τους διαθέσιμους πόρους ΡΤ των μετατροπέων των ΜΔΠ/ΜΑΕ του δευτερεύοντος ΔΔ, για την αντιμετώπιση φαινομένων ανύψωσης και υποβιβασμού της τάσης που εντοπίζονται στο ζυγό σύνδεσης πρωτεύοντος-δευτερεύοντος ΔΔ. Η λειτουργία του προτεινόμενου αλγόριθμου αξιολογείται εφαρμόζοντας οιονεί-στατικές προσομοιώσεις σε ένα αναλυτικό μοντέλο πρωτεύοντος-δευτερεύοντος ΔΔ.