Βέλτιστη διαστασιολόγηση μονάδων διανεμημένης παραγωγής στα δίκτυα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας

Abstract

In this doctorate dissertation the optimal siting and sizing of Distributed Generation (DG) units is contemplated, or Optimal DG placement problem (ODGP). As an objective the reduction of loss in a Distribution Network (DN) has been chosen. At first, the problem is presented along with its mathematical formulation. A comparative analysis among several of promising methods follows demonstrating the merits and flaws of them, and the most prominent one is being selected and recommended as the most suitable one for solving the problem in question. Regarding the DG units, they are considered initially capable only of active power injection in the DN and, later on, for both active and reactive power. The Reverse Power Flow (RPF) issue is presented, modeled and incorporated in the solving method. The effect of load variations on the solution of the problem is contemplated as well. Furthermore, using the concept of Capacity Factors (CFs) the method is extended to solve the optimal siting and sizing of Renewable Energy Resources (RESs), or optimal RES placement (ORESP). Additionally, the load and generation time variation is incorporated in order for the problem to bear more resemblance to reality and therefore the solutions proposed by the recommended method. This is further compared to the proposed method in order to verify its latter approximation to reality. The recommended method has been applied, tried and assessed in various benchmark Bus Systems found in bibliography worldwide, such as the typical 30, 33, 69 and 118 Bus Systems.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται το ζήτημα της βέλτιστης τοποθέτησης και διαστασιολόγησης Μονάδων Διανεμημένης Παραγωγής (ΜΔΠ - Distributed Generation Units-DG units) προς εγκατάσταση σε ένα Δίκτυο Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΔΔΗΕ - Distribution Network-DN). Ως αντικειμενικός στόχος έχει τεθεί η μείωση απωλειών ενός ΔΔΗΕ. Αρχικά, παρουσιάζεται το πρόβλημα και η μαθηματική του μοντελοποίηση. Βάσει βιβλιογραφικής ανασκόπησης, γίνεται συγκριτική μελέτη διαφόρων πρακτικών που έχουν χρησιμοποιηθεί μέχρι τώρα, αναλυτικών, ευριστικών και μεταευριστικών, και αναδεικνύεται η πλέον κατάλληλη ως προτεινόμενη για την επίλυση του προβλήματος, όπως το τελευταίο περιγράφεται και στοιχειοθετείται στη παρούσα διατριβή. Αναφορικά με τη μοντελοποίηση των ΜΔΠ, αρχικά γίνεται η παραδοχή πως είναι ικανές μόνο για έγχυση ενεργού ισχύος, ενώ αργότερα δύνανται τη διαχείριση τόσο της ενεργού, όσο και της αέργου ισχύος στην έξοδό τους. Ακόμη, παρουσιάζεται το πρόβλημα Αντίστροφης Ροής Ισχύος (ΑΡΙ - Reverse Power flow-RPF) και ενσωματώνεται στη προτεινόμενη μέθοδο. Εξετάζεται επίσης και η επίδραση της μεταβλητότητας φορτίου στην επίλυση του εν λόγω προβλήματος. Στην πορεία εισάγεται και η έννοια των Παραγόντων Ικανότητας (ΠΙ - Capacity Factors-CFs) των Μονάδων Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΜΑΠΕ - Renewable Energy Resources-RES units) στην προτεινόμενη μέθοδο, ως ένας τρόπος να ενσωματωθούν τα γεωγραφικά χαρακτηριστικά και οι καιρικές συνθήκες που επικρατούν στην περιοχή που βρίσκεται το ΔΔΗΕ προς μελέτη. Το πρόβλημα τέλος επεκτείνεται κατά τη διάσταση του χρόνου προκειμένου να ληφθεί υπόψιν η χρονική μεταβολή του φορτίου, όπως και της παραγωγής των ΜΔΠ, οπότε και από τη γενικευμένη έννοια των ΜΔΠ γίνεται μετασχηματισμός σε αυτή των ΜΑΠΕ, μεταβαίνοντας με αυτόν τον τρόπο σε ολοένα και πιο ρεαλιστικές συνθήκες προσομοίωσης. Η προτεινόμενη μέθοδος, δοκιμάστηκε σε πρότυπες τοπολογίες δοκιμαστικών ΔΔΗΕ από τη διεθνή βιβλιογραφία, όπως τα δοκιμαστικά ΔΔΗΕ των 33, 69, 30 και 118 ζυγών. Μέσω των προσομοιώσεων που εκτελέστηκαν, αναδείχθηκαν ωφέλιμα συμπεράσματα, τόσο για το στρατηγικό σχεδιασμό τοποθέτησης και διαστασιολόγησης ΜΔΠ, ή πιο συγκεκριμένα ΜΑΠΕ, για τη βέλτιστη διείσδυση τους σε ένα ΔΔΗΕ, όσο και για την ίδια τη διαδικασία επίλυσης και περαιτέρω βελτίωσής της. Ακόμη, διαπιστώνεται πως για ένα επιτρεπόμενο ποσοστό ΑΡΙ, δεν ανατρέπεται το όφελος στη μείωση απωλειών από τη διείσδυση ΔΠ, ενώ με η επίδραση μεταβλητότητας φορτίου αναδεικνύει το σημαίνοντα ρόλο κάποιο ζυγών στα υπό εξέταση ΔΔΗΕ.