Βέλτιστος σχεδιασμός αποκατάστασης βλαβών και προγραμματισμός μικροδικτύου για την ενίσχυση της ελαστικότητας ενός ΣΗΕ

Βέλτιστος σχεδιασμός αποκατάστασης βλαβών και προγραμματισμός μικροδικτύου για την ενίσχυση της ελαστικότητας ενός ΣΗΕ (EL)

Electric power grid restoration and microgrid optimal scheduling to increase the resilience of the power grid (EN)

Φροσινού, Ασημίνα (EL)

Frosinou, Asimina (EN)

ntua (EL)

Γεωργιλάκης, Παύλος (EL)

Χατζηαργυρίου, Νικόλαος (EL)

Παπαθανασίου, Σταύρος (EL)

bachelorThesis

2016-07-13

2016-09-19

2016-09-19T11:42:08Z

Οι φυσικές καταστροφές μπορούν να προκαλέσουν μεγάλες βλάβες στο σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας με σημαντικές επιπτώσεις τόσο σε οικονομικό όσο και σε κοινωνικό επίπεδο. Συνεπώς καθίσταται αναγκαία η βελτίωση της ελαστικότητας (resilience) του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία απαιτεί την δημιουργία ενός σχεδίου μέσω του οποίου θα γίνεται εφικτή η γρήγορη αποκατάσταση των βλαβών του έπειτα από την εμφάνιση ακραίων καιρικών φαινομένων. Στα πλαίσια αυτών των απαιτήσεων κινείται η παρούσα διπλωματική εργασία, στη οποία παρουσιάζονται δυο μοντέλα που αναπτύχθηκαν με στόχο την βελτιστοποίηση της ελαστικότητας ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας και ενός μικροδικτύου αντίστοιχα. H μαθηματική μοντελοποίηση των μοντέλων πραγματοποιήθηκε με την βοήθεια του προγράμματος μαθηματικού προγραμματισμού General Algebraic Modeling System (GAMS). Στο πρώτο σκέλος της εργασίας παρουσιάζεται ένα οικονομικά αποδοτικό μοντέλο που στοχεύει στην ενίσχυση της ελαστικότητας ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας, μέσω της αποτελεσματικής ανταπόκρισης του στην αποκατάσταση βλαβών, που οφείλονται σε ακραία καιρικά φαινόμενα. Το μοντέλο ενεργοποιείται μετά την εμφάνιση του ακραίου καιρικού φαινομένου και χρησιμοποιείται για την εύρεση του βέλτιστου χρονοδιαγράμματος επισκευής των βλαβών του δικτύου. Οι τεχνικοί περιορισμοί του δικτύου και των μονάδων παραγωγής καθώς και οι περιορισμοί των διαθέσιμων πόρων εισάγονται στο πρόβλημα. Επιπρόσθετα, το κόστος απόρριψης φορτίου χρησιμοποιείται ως ένα μέτρο που εκπροσωπεί την κρισιμότητα κάθε φορτίου του δικτύου, επηρεάζοντας το χρονοδιάγραμμα επισκευής. Τα διαφορετικά σενάρια που αναπτύχθηκαν για την ανάλυση του μοντέλου εφαρμόστηκαν στο πρότυπο δίκτυο 118-ζυγών της ΙΕΕΕ. Στο δεύτερο σκέλος της εργασίας παρουσιάζουμε ένα μοντέλο για το βέλτιστο προγραμματισμό ενός μικροδικτύου. Στόχος του μοντέλου είναι η κάλυψη του φορτίου του μικροδικτύου με τον οικονομικά αποδοτικότερο τρόπο, λαμβάνοντας υπόψη και την περίπτωση νησιδοποίησης του μικροδικτύου για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Το συνολικό κόστος του μικροδικτύου αποτελείται από το κόστος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας των τοπικών μονάδων παραγωγής, καθώς και από το κόστος αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας από το κεντρικό δίκτυο. Το πρόβλημα του βέλτιστου προγραμματισμού του μικροδικτύου αποτελείται από ένα κυρίως πρόβλημα που περιλαμβάνει τη συνδεδεμένη λειτουργία του μικροδικτύου στο κεντρικό δίκτυο και από ένα υπό-πρόβλημα που σχετίζεται με την απομονωμένη λειτουργία του. Συγκεκριμένα εξετάζεται η ικανότητα του μικροδικτύου να μεταβεί σε κατάσταση νησιδοποίησης για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα που εκτιμάται ότι το κυρίως δίκτυο υπάρχει πιθανότητα να αδυνατεί να τροφοδοτήσει το μικροδίκτυο. Στο κυρίως πρόβλημα αποφασίζεται ο βέλτιστος σχεδιασμός λειτουργίας του μικροδικτύου σε συνδεδεμένη λειτουργία και τα αποτελέσματα δίνονται ως δεδομένα στο υπό-πρόβλημα, έτσι ώστε να εξεταστεί αν το μικροδίκτυο μπορεί να τροφοδοτήσει με επάρκεια τα φορτία του συνυπολογίζοντας την νησιδοποίηση. Κατάλληλα «cuts» προστίθενται στο κυρίως πρόβλημα σε περίπτωση όπου δεν είναι δυνατή η κάλυψη του φορτίου σε κατάσταση νησιδοποίησης. Έτσι γίνεται αναθεώρηση του χρονοδιαγράμματος λειτουργίας των γεννητριών, των συστημάτων αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας και των ρυθμιζόμενων φορτίων. Αριθμητικές προσομοιώσεις αποδεικνύουν την αποτελεσματικότητα του μοντέλου. (EL)

Damages in power grids due to natural disasters resulted in significant economic, social, and physical disruptions. A cost - effective restoration scheme to improve power grid resilience is of utmost importance. The present thesis meets these requirements by presenting two models developed in order to improve the resilience of a main grid and a microgrid respectively. These models designed in a high- level modeling system for mathematical programming and optimization: General Algebraic Modeling System (GAMS). In the first part of this thesis is presented a cost-effective system-level restoration scheme to improve power grids resilience by efficient response to the damages due to natural disasters. A post-disaster decision making model is developed to find the optimal repair schedule, unit commitment solution, and system configuration in restoration of the damaged power grid. The physical constraints of the power grid, associated with the unit commitment and restoration, are considered in the proposed model. The value of lost load (VOLL) is used as a viable measure to represent the criticality of each load in the power grid. Different scenarios are developed to analyze the proposed model on the standard IEEE 118-bus test system. This study provides a prototype and proof of concept for utility companies to consider economics of disaster and include unit commitment model into the post-disaster restoration process. In the second part of this thesis is presented a model for microgrid optimal scheduling considering islanding constraints. The objective of the problem is to minimize the microgrid total operation cost which comprises the generation cost of local resources and cost of energy purchase from the main grid. The microgrid optimal scheduling problem is decomposed into a grid-connected operation master problem and an islanded operation subproblem. The microgrid capability in operating in the islanded mode for every two hours in a twenty-four hours schedules scrutinized by an islanding criterion. The integer scheduling decisions determined in the master problem will be examined against the microgrid islanding feasibility in the subproblem. The scheduling decisions will be revised using proper islanding cuts if sufficient generation is not available to guarantee a feasible islanding. Islanding cuts will revise generating units, energy storage systems, and adjustable loads schedules. Τhe lost load of adjustable loads is penalized by an inconvenience factor in the objective. Numerical simulations demonstrate the effectiveness of the proposed microgrid optimal scheduling model and explore its economic and reliability merits. (EN)

Μικροδίκτυα (EL)

Ελαστικότητα (EL)

Νησιδοποίηση (EL)

Restoration (EN)

Microgrid (EN)

Αποκατάσταση δικτύου (EN)

Islanded operation (EN)

Resilience (EN)

Ελληνική γλώσσα

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Ηλεκτρικής Ισχύος (EL)

Default License

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο

Ψηφιακό Αποθετήριο της Κεντρικής Βιβλιοθήκης του ΕΜΠ | Dspace@NTUA

Κεντρική Βιβλιοθήκη Ε.Μ.Π.

Ιδρυματικό Αποθετήριο

Διπλωματικές Εργασίες