Συντάχθηκε 17-12-2019 09:28
Θέμα:
Βέλτιστη Λειτουργία Μεγάλων Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας με Διασυνδέσεις Συνεχούς Ρεύματος (Optimal Operation of Large Electric Power Systems with HVDC Interconnections.
Εξεταστική Επιτροπή:
Αναπληρωτής Καθηγητής Φώτιος Κανέλλος (επιβλέπων)
Καθηγητής Κωνσταντίνος Καλαϊτζάκης
Αναπληρωτής Καθηγητής Ευτύχιος Κουτρούλης
Περίληψη:
Τα συστήματα HVDC αποτελούν μια ευρέως καθιερωμένη τεχνολογία για τη μαζική μετάδοση ηλεκτρικής ισχύος σε μεγάλες αποστάσεις. Ο όρος αναφέρεται στα συστήματα Υψηλής Τάσης Συνεχούς Ρεύματος, υποδεικνύοντας τη χρησιμοποίηση του συνεχούς ρεύματος (DC) ως αντικαταστάτη του εναλλασσόμενου (AC) σε περιπτώσεις όπου το τελευταίο θα αποδεικνυόταν ιδιαίτερα προβληματικό. Η ανεπαρκής απόδοση του HVAC λόγω των υψηλών απωλειών μετάδοσης και του σημαντικού λειτουργικού κόστους κάνουν τα συστήματα HVDC να ξεχωρίζουν σε πολλαπλές εφαρμογές. Επιπρόσθετα, σε ένα κόσμο όπου η διείσδυση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στο δίκτυο είναι υψίστης προτεραιότητας, η τεχνολογία HVDC κερδίζει σταδιακά περισσότερο έδαφος στη συλλογική προσπάθεια για μείωση των εκπομπών ρύπων στην παραγωγή ενέργειας.
Κάτω από αυτές τις συνθήκες, τα συστήματα HVDC γίνονται όλο και πιο δημοφιλή για τη διασύνδεση περιφερειακών ή εθνικών ηλεκτρικών συστημάτων με σκοπό το σχηματισμό μεγαλύτερων, ενοποιημένων δικτύων με ενισχυμένη σταθερότητα και αυξημένη αποδοτικότητα. Τα μεγάλα διαπεριφερειακά δίκτυα δίνουν στα επιμέρους συστήματα τη δυνατότητα να διεξάγουν συναλλαγές ισχύος με στόχο την αποτελεσματική κατανομή της παραγόμενης ισχύς στο ευρύτερο σύστημα, το οποίο είναι και το κέντρο γύρω από το οποίο αναπτύσσεται η παρούσα εργασία.
Στο πλαίσιο αυτό, η κύρια πτυχή της εργασίας είναι η βελτιστοποίηση μεγάλων Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας, αποτελούμενων από υποσυστήματα διασυνδεδεμένων με την αξιοποίηση γραμμών μεταφοράς συνεχούς ρεύματος, που τους επιτρέπουν την ανταλλαγή ισχύος στην προσπάθεια επίτευξης του ολικού ελάχιστου κόστους λειτουργίας. Πρώτα κάνουμε μια εισαγωγή στις ιδιότητες, τα οφέλη και τις αδυναμίες της τεχνολογίας HVDC, και στο ρόλο της στη σημερινή πραγματικότητα. Παρουσιάζουμε τις θεμελιώδεις τεχνολογίες πίσω από τη λειτουργία της ενώ παραθέτουμε συνοπτικά τα χαρακτηριστικά τους. Επιπλέον, δίνουμε μια σφαιρική εικόνα της ανάλυσης ροής ισχύος (PF) και βέλτιστης ροής ισχύος (OPF) στα πλαίσια του Matpower, ενός εργαλείου προσομοίωσης που χρησιμοποιείται εκτεταμένα σε όλη την έκταση της έρευνας μας. Έπειτα, προχωράμε στην αναλυτική περιγραφή του αλγορίθμου που φέρνει εις πέρας τη βελτιστοποίηση, και της αντικειμενικής συνάρτησης ελαχιστοποίησης, του ακρογωνιαίου λίθου της υλοποίησης μας, που είναι βασισμένη στη μέθοδο της γραμμικής παρεμβολής. Τέλος, παρουσιάζουμε την απόδοση της προσέγγισης μας σε σχέση με τα ενδεικτικά αποτελέσματα της συνάρτησης βέλτιστης ροής ισχύος του Matpower. Πραγματοποιήθηκε πειραματική αξιολόγηση για περιπτώσεις μικρών και μεγάλων συστημάτων, όπου η ακρίβεια και η απόδοση του αλγορίθμου μας εξετάστηκαν περαιτέρω.
Abstract:
HVDC systems constitute a well-established technology used for massive electric power transmission over long distances. The term stands for High Voltage Direct Current, indicating the utilization of Direct Current (DC) as a substitute to Alternate Current (AC) in cases where the later would prove highly problematic. The underwhelming performance of HVAC due to its high transmission losses and the significant operating cost make HVDC systems stand out in numerous applications. Moreover, in a world where the integration of renewables to the power grid becomes of utmost priority, HVDC is gradually gaining more ground in the collective attempt of the energy production decarbonization.
Under these circumstances, HVDC systems have become a growing trend for interconnecting regional or native electric grids in order to form larger unified networks with enhanced stability and increased efficiency. Large interregional grids give to their individual subsystems the ability to conduct power transactions with the purpose of efficiently distributing the power generated across the wider system, which is also the center around which this work develops.
Against this background, the main aspect of this thesis is the optimization of large electric power systems, consisting of interconnected subsystems with the utilization of direct current (DC) transmission lines, which allow them to exchange power in the attempt to achieve the global minimum operating cost. First, we introduce the properties, benefits and weaknesses of HVDC technology, along with its role in the today’s world. We present the fundamental technologies behind its operation while providing a glimpse of their characteristics. Additionally, we give an overview of the power flow (PF) and optimal power flow (OPF) analysis, in the context of Matpower, a simulation tool that was used extensively throughout our research. Then, we proceed to the thorough description of the algorithm that carries out the optimization, and also the objective minimization function, the cornerstone of our implementation, based on the method of linear interpolation. Finally, we showcase the performance of our approach alongside the baseline results by Matpower’s optimal power flow function. Experimental evaluation was performed for small and large system case studies, where our algorithm’s accuracy and performance were furtherly examined.
Τόπος: Λ - Κτίριο Επιστημών/ΗΜΜΥ, ΑΙΘΟΥΣΑ ΣΥΝΕΔΡΙΑΣΕΩΝ
Έναρξη: 20/12/2019 11:00
Λήξη: 20/12/2019 12:00
