Απλοποίηση μοντέλων ΣΗΕ για την ανάλυση ταλαντώσεων ισχύος σε μεγάλες διασυνδέσεις και σχεδίαση σταθεροποιητών
Authors: Μάντζαρης Ιωάννης 
Published: January 2014

Στην παρούσα διατριβή, το ενδιαφέρον επικεντρώνεται στην μελέτη των διασυνδετικών ταλαντώσεων οι οποίες ανήκουν στις ηλεκτρομηχανικές ταλαντώσεις και εμφανίζονται συνήθως λόγω των ασθενών διασυνδέσεων μεταξύ ηλεκτρικών συστημάτων. Η διαρκής λειτουργία των ΣΗΕ κοντά στα όριά τους σε συνδυασμό με το γεγονός ότι οι ταλαντώσεις αυτές διαμορφώνονται από την δυναμική πολλών γεννητριών αναδεικνύει το πρόβλημα της ικανοποιητικής απόσβεσής τους σε ένα από τα σημαντικά προβλήματα ευστάθειας των σύγχρονων ΣΗΕ. Αντικείμενο της διατριβής είναι η ανάπτυξη μιας νέας προσέγγισης για την μελέτη των ταλαντώσεων αυτών. Η προσέγγιση αυτή βασίζεται στην θεωρία της οιονεί στατικής μεταβολής και καταλήγει στην ανάπτυξη ενός απλοποιημένου μοντέλου ΣΗΕ στο οποίο απαλείφονται οι τοπικές και οι ενδοσυστημικές ταλαντώσεις, καθώς επίσης και μικρές χρονικές σταθερές από τις διατάξεις των ΣΗΕ. Παρά την απλοποίηση και αντίθετα με άλλες μεθόδους, η δομή του συστήματος, οι σταθμοί παραγωγής και τα φορτία διατηρούνται ως ανεξάρτητα τμήματα, όπως και οι διατάξεις ελέγχου τους, επιτρέποντας την μελέτη περισσότερων φαινομένων σε σχέση με τεχνικές απλοποίησης που θεωρούν ισοδύναμα υποσυστήματα. Η προσέγγιση που αναπτύσσεται στην διατριβή γεφυρώνει το κενό μεταξύ ευστάθειας μικρών διαταραχών βραχυπρόθεσμης χρονικής κλίμακας και ανάλυσης ευστάθειας μακροπρόθεσμης χρονικής κλίμακας (π.χ. ευστάθεια συχνότητας), παρέχει ένα πλαίσιο που επιτρέπει την εξειδικευμένη μελέτη των διασυνδετικών ταλαντώσεων χωρίς να αλλοιώνει την δομή του συστήματος, καθώς και επιτρέπει την μελέτη φαινομένων που σχετίζονται με τις διατάξεις ελέγχου. Για την μελέτη και την εκτίμηση της ακρίβειας της προτεινόμενης μεθόδου αναπτύχθηκε το λογισμικό πακέτο ROM-Ε/Sim (Reduced Order Model Eigenvalues & Simulation), στο οποίο πέραν των απλοποιήσεων που αναφέρθηκαν, ενσωματώθηκαν τεχνικές για την επίλυση συστημάτων διαφορικών-αλγεβρικών εξισώσεων μεγάλων διαστάσεων. Πιο συγκεκριμένα ενσωματώθηκε η τεχνική αραιών πινάκων, η διαδικασία ταυτόχρονης επίλυσης διαφορικών-αλγεβρικών εξισώσεων, καθώς και η τεχνική επιλεκτικού υπολογισμού ιδιοτιμών και ιδιοδιανυσμάτων. Το λογισμικό πακέτο πραγματοποιεί τόσο προσομοίωση διαταραχών, χρησιμοποιώντας την τραπεζοειδή μέθοδο ολοκλήρωσης, όσο και ανάλυση ευστάθειας μικρών διαταραχών. Η εκτίμηση της ακρίβειας της προτεινόμενης προσέγγισης έγινε χρησιμοποιώντας δύο εμπορικά πακέτα λογισμικού (PSS/E, PacDyn) με ικανοποιητικά αποτελέσματα. Ο έλεγχος αυτός υλοποιήθηκε τόσο σε ένα μικρό σύστημα τεσσάρων γεννητριών – έντεκα ζυγών, όσο και στο σύστημα της νοτιοανατολικής Ευρώπης σε δύο σενάρια λειτουργίας. Στα πλαίσια αυτά ελέγχθηκε η ανάλυση μικρών διαταραχών, η απόκριση σε διαταραχές, καθώς και η δυνατότητα σχεδίασης σταθεροποιητών ισχύος. Επίσης πραγματοποιήθηκε ανάλυση ευαισθησίας των διασυνδετικών ρυθμών αναδεικνύοντας τις κρίσιμες παραμέτρους που συμβάλουν στην μείωση της απόσβεσης των ρυθμών αυτών. Μελετήθηκε το στιγμιότυπο της 1-5-2005 όπου μια μη αποσβενόμενη ταλάντωση χαμηλής συχνότητας εμφανίστηκε στο Ευρωπαϊκό σύστημα. Τέλος μελετήθηκε η συμβολή των ρυθμιστών στροφών στην ευστάθεια των διασυνδετικών ρυθμών και πιο συγκεκριμένα η συμβολή των διατάξεων ελέγχου νεκρής ζώνης των ρυθμιστών στροφών των θερμικών μονάδων. Στα βασικά συμπεράσματα της διδακτορικής διατριβής περιλαμβάνονται η δυνατότητα της προτεινόμενης απλοποιημένης προσέγγισης να χρησιμοποιηθεί για την ανάλυση διασυνδετικών ταλαντώσεων και την σχεδίαση των σταθεροποιητών. Επιπλέον προκύπτει ότι στις ταλαντώσεις αυτές σημαντική επίδραση έχουν οι ρυθμιστές στροφών. Ειδικότερα οι ελεγκτές της νεκρής ζώνης των θερμικών μονάδων είναι δυνατόν να οδηγήσουν σε αποσταθεροποίηση των διασυνδετικών ρυθμών εντός του εύρους τους. Το στιγμιότυπο της 1/5/2005 μπορεί να αποδοθεί στην επίδραση αυτή. Τέλος είναι δυνατή η σταθεροποίηση του ευρωπαϊκού ρυθμού του βαλκανικού συστήματος με σχεδίαση σταθεροποιητών ισχύος για τις γεννήτριες του ελληνικού συστήματος.