Αξιοπιστία και ασφάλεια λειτουργίας των δικτύων διανομής ηλεκτρικής ενέργειας με υψηλή διείσδυση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας χρησιμοποιώντας ευφυές σύστημα διαχείρισης μικροδικτύων

Abstract

The increased penetration of Renewable Energy Sources (RES) is necessary, but brings many challenges to the operation of the electricity distribution grid. The role of microgrids seems to be important towards this grid transformation. Microgrids are defined as a part of the distribution grid that comprises Distributed Energy Resources (DER) units, Storage units and controllable loads and aims in self-regulating voltage, frequency and internal power flow.The contribution of this dissertation is the introduction of a new control topology for microgrids, its structural parts and its control algorithm (in LABView-embedded MATLAB script). The advantages of this topology are highlighted through experimental comparison to other topologies in the market. Then, the necessary changes are implemented in order to ensure compatibility of the control topology to existing Building Automation Systems (BAS). The experimental testing shows increased power supply reliability when integrating BAS to microgrids for demand-side management. The next step includes the incorporation of predictive models such as Fuzzy Cognitive Maps to part of the microgrid’s control algorithm. Then, the microgrid topology is simulated in PSCAD environment and the expandability of the simulated model is tested successfully. The connection and cooperation of the simulated model to other, bigger microgrid models shows also great interest.More original parts of the dissertation are: –A new and more effective method for the determination of the batteries’ State of Charge (SoC),–The development of a new technique for controlling the active power of PV plants, using relays on the PV arrays and controlling them by the algorithm.Finally, the implementation of all the above methods on the experimental microgrid, points out the improvement of the power supply reliability and the possibility to enable ancillary services for DERs

Η αυξανόμενη διείσδυση των Ανανεώσιμων Πηγών (ΑΠΕ) αν και επιβεβλημένη, δημιουργεί προβλήματα στα δίκτυα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Σημαντικό ρόλο στο μελλοντικό δίκτυο διανομής θα παίξει το μικροδίκτυο, που μπορεί να οριστεί ως ένα δίκτυο διανομής που περιλαμβάνει μονάδες διανεμημένης παραγωγής, μονάδες αποθήκευσης και ελεγχόμενα φορτία και που ρυθμίζει την τάση, τη συχνότητα και την εσωτερική ροή ισχύος, αυτόνομα.Κατά την εκπόνηση της διδακτορικής διατριβής, προτάθηκε μια νέα τοπολογία ευφυούς μικροδικτύου διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, οι δομικές της μονάδες και ο αντίστοιχος αλγόριθμος ελέγχου, ο οποίος αναπτύχθηκε σε γλώσσα προγραμματισμού MATLAB και λειτουργεί σε περιβάλλον LabVIEW. Στόχος της προτεινόμενης τοπολογίας και του αλγόριθμου ελέγχου είναι να αναδειχθούν τα πλεονεκτήματά τους έναντι άλλων. Στη συνέχεια της διατριβής, πραγματοποιήθηκαν οι απαραίτητες τροποποιήσεις των υποδομών και του αναπτυχθέντος αλγορίθμου ώστε αυτή να καταστεί διαδραστική με υπάρχουσες τεχνολογίες αυτομάτου ελέγχου κτιρίων (ΚΝΧ). Η εφαρμογή τους σε πειραματικό επίπεδο καταδεικνύει την αύξηση της αξιοπιστίας παροχής ηλεκτρικής ενέργειας που μπορεί να προσδώσει η ενσωμάτωση τέτοιων τεχνολογιών διαχείρισης της ζήτησης (demand-side management). Ακολούθως, δοκιμάστηκε ο έλεγχος του έξυπνου δικτύου με έναν αλγόριθμο που εφαρμόζει κατάλληλα μοντέλα πρόβλεψης όπως οι ασαφείς γνωστικοί χάρτες (Fuzzy Cognitive Maps). Στη συνέχεια, το προτεινόμενο μικροδίκτυο προσομοιώθηκε σε περιβάλλον PS CAD και δοκιμάστηκε με επιτυχία η επεκτασιμότητα η λειτουργικότητα και αξιοπιστία τόσο των στοιχείων του, όσο και του αλγόριθμου ελέγχου. Ενδιαφέρον τέλος παρουσιάζει η σύνδεση του προτεινόμενου προσομοιωμένου μικροδικτύου με άλλα μεγαλύτερα, επίσης προσομοιωμένα, δίκτυα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας.Στη συνεισφορά και τα πρωτότυπα θέματα της διδακτορικής διατριβής μπορούν να προστεθούν: –μια νέα και πιο αποτελεσματική μέθοδος προσδιορισμού του επιπέδου φόρτισης των μπαταριών (State of Charge – SoC), με την οποία βελτιώνεται η διαχείριση των φορτίων και –η ανάπτυξη μιας νέας μεθόδου ελέγχου της ενεργού ισχύος εξόδου των Φ/Β συστημάτων, που συνίσταται στην τοποθέτηση ηλεκτρονόμου (ρελέ) στις συστοιχίες τους και τον έλεγχο των ηλεκτρονόμων από τον αναπτυχθέντα αλγόριθμο. Τέλος, με την ολοκλήρωση και την εφαρμογή του συνόλου των ενοτήτων της διατριβής, διαπιστώθηκαν η βελτίωση του επιπέδου της αξιοπιστίας στην παροχής ηλεκτρικής ενέργειας, και η δυνατότητά του μικροδικτύου να εξασφαλίζει στις μονάδες διανεμημένης παραγωγής και στην πλευρά της ζήτησης, την παροχή επικουρικών υπηρεσιών.