Γενικευμένα δυναμικά μοντέλα για έξυπνα δίκτυα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας:
Creators: name: Παπαδόπουλος, Παναγιώτης Ν.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2014
Subjects: Συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας
Δυναμική ευστάθεια
Εξυπνα δίκτυα
Αναγνώριση συστημάτων
Power systems
Dynamic stability
Smart grids
System identification

description: 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.
description: The main target of the present doctoral thesis is the development of a reduced order dynamic equivalent model based on measurements, that is suitable for the representation of the dynamic behavior of microgrids as well as extended networks. The increasing penetration of Distributed Generation units in the distribution network and the implementation of smart grid technologies, is changing the topology and operation of distribution networks and therefore their dynamic behavior. Initially, the application of two basic system identification methods, the PEM and Prony methods is investigated. These methods, which are based on measurement data aim at developing dynamic equivalent black box models. A structure for the models is proposed that represents all the system variables: the active and reactive power, the voltage, the current and the frequency. From the application of the methods the analysis of the dynamic behavior of microgrids is possible. More specifically, the methods are applied in real measurement data from a laboratory scale low voltage microgrid for various operating conditions, including rotating units as well as inverter interfaced, implementing droop control. Next, a dynamic equivalent model based on Prony analysis and nonlinear least square optimization is developed. The proposed model inserts an extra empirical loop in order to improve the effectiveness of the method when real measurement data are used. Moreover, proper correction factors are implemented that provide the capability of simulating different disturbances than those used in the parameter identification process, overcoming the inherent shortcoming of black box models. The model is validated using data from detailed simulations as well as real measurement data from a laboratory scale microgrid. Finally the proposed model is implemented in two representative power system simulation software that perform time domain simulations and simulations in the dq0 reference frame. The model performance is systematically validated by applying it on different parts of a network up to the point that only one unit is modeled. The simultaneous use of multiple black box is also validated.