Διδακτορικές Διατριβές

(2018) Τράκας Δημήτριος του Νικολάου

Συμβολή στην εκτίμηση και ενίσχυση της ανθεκτικότητας συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας

20/11/2012 – 10/07/2018

Οι φυσικές καταστροφές είναι ικανές να προκαλέσουν σημαντικές ζημιές στις υποδομές των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Ως φυσικές καταστροφές χαρακτηρίζονται τα γεωλογικά και μετεωρολογικά φαινόμενα, όπως τα ακραία καιρικά γεγονότα, οι σεισμοί, οι πλημμύρες και οι πυρκαγιές. Πιο συγκεκριμένα, τα ακραία καιρικά φαινόμενα των τελευταίων ετών, ανά τον κόσμο, είχαν ως αποτέλεσμα μεγάλες καταστροφές των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας, οδηγώντας σε απρόβλεπτες διακοπές παροχής ηλεκτρικής ενέργειας, διάρκειας από λίγες ώρες έως μερικές εβδομάδες. Παρά τη μικρή πιθανότητα εμφάνισης τέτοιων φαινομένων, η μεγάλη τους επίδραση στο σύστημα και το οικονομικό τους κόστος, καθιστούν αναγκαία την ανάπτυξη μοντέλων και αλγορίθμων για την πρόβλεψη τους, την εκτίμηση της επίδρασης τους στο σύστημα και την αντιμετώπιση τους. Η παρούσα διδακτορική διατριβή εστιάζεται στην ενίσχυση της ανθεκτικότητας των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας έναντι των ακραίων καιρικών φαινομένων και των πυρκαγιών. Ως ανθεκτικότητα ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας ορίζεται η ικανότητα του συστήματος να αντιμετωπίζει γεγονότα μικρής πιθανότητας αλλά με μεγάλο αντίκτυπο, να ανακάμπτει ταχέως μετά την εμφάνιση τους, καθώς και να προσαρμόζει την λειτουργία του και τη δομή του, ώστε να αντιμετωπίσει και να μετριάσει τις επιπτώσεις παρόμοιων γεγονότων στο μέλλον.Ειδικότερα, προτείνονται δείκτες και μεγέθη για την ποσοτικοποίηση της ανθεκτικότητας και την εκτίμηση της επίδρασης των ακραίων καιρικών φαινομένων στο σύστημα. Βάσει των δεικτών που ορίζονται, εξετάζονται και αξιολογούνται διάφορα μέτρα ενίσχυσης και λειτουργικά «ευφυή» μέτρα για την ενίσχυση της ανθεκτικότητας, έναντι των ακραίων καιρικών φαινομένων. Στη συνέχεια, προτείνεται μια ανάλυση κινδύνου πραγματικού χρόνου, ικανή να παρέχει σημαντική πληροφορία για την επίπτωση ενός ακραίου καιρικού φαινομένου στο σύστημα, κατά τη διάρκεια εξέλιξης του φαινομένου. Επίσης, εξετάζεται η ελεγχόμενη νησιδοποίηση ως μέτρο ενίσχυσης της ανθεκτικότητας, η εφαρμογή της οποίας αποφασίζεται βάσει της προτεινόμενης ανάλυσης κινδύνου πραγματικού χρόνου.Ακολούθως, με εφαρμογή μοντέλου τριών επιπέδων μελετάται η συνεισφορά του κατάλληλου ημερήσιου προγραμματισμού μονάδων παραγωγής προς την ενίσχυση της ανθεκτικότητας του συστήματος έναντι επικείμενου ακραίου καιρικού φαινομένου. Τέλος, παρουσιάζεται ένα μοντέλο βέλτιστης λειτουργίας δικτύου διανομής το οποίο εκτίθεται σε πυρκαγιά, με στόχο την ενίσχυση της ανθεκτικότητας του συστήματος.

(2018) Μουτής Παναγιώτης του Ιωάννη

Συμβολή στην παροχή επικουρικών υπηρεσιών από εικονικό σταθμό παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας

23/11/2007 – 10/07/2018

Η ευρύτατη εξάπλωση της εγκατάστασης μονάδων Διεσπαρμένης Παραγωγής (ΔΠ) στα Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ) έχει εγείρει ερωτήματα σχετικά με την δυνατότητα περαιτέρω διείσδυσης των πρώτων στα δεύτερα. Οικονομικοί και τεχνικοί λόγοι θέτουν ήδη περιορισμούς ακόμα και στη λειτουργία των υπαρχουσών εγκαταστάσεων. Πλέον τούτων, η πλήρης απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας και η υποχώρηση των κινήτρων ανάπτυξης των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (αποτελούν υπολογίσιμο μέρος της ΔΠ) θέτουν ειδικότερα ζητήματα και συνθετότερες απαιτήσεις προς τους ιδιοκτήτες και χειριστές της ΔΠ. Όλα τα παραπάνω στοιχειοθετούν την ανάγκη θεώρησης μίας οικονομοτεχνικής οντότητας που καλείται Εικονικός Σταθμός Παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας (ΕιΣΠ). Ο ΕιΣΠ ενσωματώνει πλήθος μονάδων ΔΠ και φορτίων, τα όποια δεν είναι απαραίτητο να μοιράζονται μεταξύ τους φυσική σύνδεση, με στόχο τη συνολική αξιοποίηση των επιμέρους χαρακτηριστικών τους προς εμπορικούς, τεχνικούς και ρυθμιστικούς (για το ΣΗΕ) λόγους και σκοπούς. Στην παρούσα εργασία αναπτύσσεται ένα σύνολο μεθόδων προγραμματισμού και υλοποίησης της παροχής επικουρικών υπηρεσιών από έναν ΕιΣΠ, υπό το πρίσμα των κωδίκων και κανονισμών που υφίστανται. Αναλυτικότερα, μελετώνται: η εξασφάλιση εγγυημένης παροχής ισχύος από ΕιΣΠ, η παροχή ρύθμισης συχνότητας από στοχαστικού τύπου μονάδες ΔΠ, η αντιμετώπιση της υπερσυχνότητας με αποκοπή μέρους της παραγόμενης ισχύος του ΕιΣΠ και η υποστήριξη της ρύθμισης τάσης επί γραμμής διανομής από ΕιΣΠ. Θεωρείται ότι ο εκάστοτε ιδιοκτήτης/χειριστής του ΕιΣΠ δεν έχει τη δυνατότητα να επηρεάζει το ΣΗΕ κατά οποιονδήποτε τρόπο, ούτε μπορεί να διαθέτει πλήρη γνώση των συνθηκών και της κατάστασης λειτουργίας του. Τέλος, στο Παράρτημα της παρούσης, προτείνεται μεθοδολογία διαχείρισης μεγάλου όγκου καταγραφόμενων δεδομένων και μετρήσεων, τα οποία συλλέγονται από τους συντελεστές του ΕιΣΠ, διότι εξυπηρετούν και αξιολογούν την εκτέλεση/υλοποίηση των επικουρικών υπηρεσιών. Σύμφωνα με τα προαναφερθέντα, η εκπλήρωση των επικουρικών υπηρεσιών υποστηρίζει ένα μοντέλο ΕιΣΠ επαρκώς αφαιρετικό, χωρίς προδιαγραφές ή προαπαιτούμενα και με ικανότητα άμεσης ενσωμάτωσής του στα σύγχρονα ΣΗΕ.

(2017) Κουκουλά Δέσποινα του Ιωάννη

Αποκεντρωμένος Έλεγχος Διαχείρισης Διεσπαρμένων Ενεργειακών Πόρων Στα Δίκτυα Διανομής Για Παροχή Επικουρικών Υπηρεσιών

22/11/2011 – 19/09/2017

Το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας σχεδιάστηκε με πρωταρχικό του στόχο τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας από την παραγωγή στην κατανάλωση. Το δίκτυο διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, ως υποσύνολο του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας, αποτελεί ουσιαστικά το τμήμα εκείνο που είναι πιο κοντά προς τους καταναλωτές. Την τελευταία δεκαετία παρατηρείται μεγάλη διαφοροποίηση στη λειτουργία των δικτύων διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, ιδίως λόγω της μεγάλης διείσδυσης των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, οι οποίες μπορούν να συνδεθούν και στο επίπεδο χαμηλής τάσης πολύ κοντά στο σημείο ζήτησης/κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας. H τρέχουσα δομή και λειτουργία των δικτύων διανομής αναθεωρείται και μετασχηματίζεται συνεχώς εκμεταλλευόμενη την ευελιξία των ενεργειακών πόρων και την εξέλιξη των τεχνολογιών πληροφορικής και τηλεπικοινωνιών. Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής οι κόμβοι του δικτύου διανομής θεωρούνται ως ομότιμοι κόμβοι, οι οποίοι επεξεργάζονται δεδομένα και επικοινωνούν μεταξύ τους με στόχο την παροχή ενεργειακών επικουρικών υπηρεσιών.

Συγκεκριμένα i) εισάγεται η θεωρία ομότιμων κόμβων στα συστήματα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας και προσεγγίζεται η κατάλληλη μαθηματική ανάλυση με στόχο την επιτάχυνση της σύγκλισης των Αλγορίθμων Ομότιμων Κόμβων, ii) προτείνονται αλγόριθμοι ομότιμων κόμβων για αποκεντρωμένους υπολογισμούς ροών φορτίου στα δίκτυα διανομής, iii) σχεδιάζονται και αναπτύσσονται αλγόριθμοι ομότιμων κόμβων για κατανεμημένη διαχείριση συμφορήσεων στα δίκτυα διανομής, iv) σχεδιάζεται και υλοποιείται ένα σύστημα πολλαπλών πρακτόρων με στόχο την κατανεμημένη διαχείριση ενεργειακών πόρων στα δίκτυα διανομής, και v) προτείνεται η αξιοποίηση των ηλεκτρονικών μετρητών και άλλων συσκευών ICT, ώστε να δημιουργηθούν υπερκείμενα δίκτυα με στόχο τη διακίνηση πληροφοριών και την εφαρμογή κατανεμημένων αλγορίθμων για τη διαχείριση των δικτύων διανομής.

Μετά από τη βιβλιογραφική επισκόπηση του υφιστάμενου τρόπου λειτουργίας και διαχείρισης των δικτύων διανομής, καθώς και μίας σειράς από αλγορίθμους κατανεμημένης βελτιστοποίησης, περιγράφεται η θεωρία ομότιμων κόμβων. Στη συνέχεια, με βάση τη φασματική θεωρία γράφων επιλέγονται κατάλληλα βάρη για την εξασφάλιση και την επιτάχυνση της σύγκλισης των Αλγορίθμων Ομότιμων Κόμβων. Η γενική διατύπωση των Αλγορίθμων Ομότιμων Κόμβων επεκτείνεται και προσαρμόζεται για υπολογισμούς ροής φορτίου σε ακτινικά δίκτυα διανομής. Οι Αλγόριθμοι Ομότιμων Κόμβων αποτελούν στη συνέχεια τη βάση για την ανάπτυξη του κατάλληλου πλαισίου για την κατανεμημένη διαχείριση συμφορήσεων. Οι κόμβοι του δικτύου αντιλαμβάνονται την παραβίαση των περιορισμών σε οποιοδήποτε σημείο του δικτύου και αναλαμβάνουν μόνοι τους δράση για την επίλυση του προβλήματος σε ένα απόλυτα κατανεμημένο περιβάλλον υπολογισμών και λήψης αποφάσεων. Οι εφαρμογές και τα αποτελέσματα ενισχύονται με την ιεραρχική διατύπωση της κατανεμημένης διαχείρισης συμφορήσεων και την τοπική εξισορρόπηση ζήτησης-παραγωγής. Ακολούθως πραγματοποιείται μία παραμετρική ανάλυση της αποτίμησης του τηλεπικοινωνιακού φόρτου.

Στο επόμενο τμήμα της διατριβής, σχεδιάζεται ένα σύστημα πολλαπλών πρακτόρων για παροχή επικουρικών υπηρεσιών από τους ενεργειακούς πόρους, μέσω των Αλγορίθμων Ομότιμων Κόμβων που έχουν προταθεί στην παρούσα διατριβή. Τέλος, αφού διερευνηθούν οι τρόποι κωδικοποίησης και μετάδοσης των πληροφοριών στους ηλεκτρονικούς μετρητές ενέργειας, προτείνεται η κατάλληλη αξιοποίηση και η απαιτούμενη επέκταση των κλάσεων του προτύπου DLMS/COSEM ώστε να υποστηριχθούν οι αλγόριθμοι ομότιμων κόμβων για κατανεμημένη διαχείριση.

(2017) Κοτσαμπόπουλος Παναγιώτης του Χρήστου

Προσομοίωση Σε Πραγματικό Χρόνο Επιδράσεων Διεσπαρμένης Παραγωγής Σε Δίκτυα Διανομής Με Χρήση Ψηφιακών Μοντέλων Και Πραγματικού Εξοπλισμού

19/10/2010 – 11/07/2017

Αντικείμενο της διδακτορικής διατριβής είναι η εφαρμογή της προσομοίωσης σε πραγματικό χρόνο σε μελέτες επίδρασης της Διεσπαρμένης Παραγωγής (ΔΠ) στα δίκτυα διανομής και ειδικότερα της μεθόδου Power Hardware in the Loop (PHIL), κατά την οποία πραγματικός εξοπλισμός ισχύος (π.χ. αντιστροφέας φωτοβολταϊκών) συνδέεται σε προσομοιωμένο σύστημα. Παρουσιάζεται η μέθοδος PHIL και εξηγείται ο πιθανός μελλοντικός της ρόλος στις εργαστηριακές δοκιμές και στη μελέτη φαινομένων στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας. Παρουσιάζεται το πρόβλημα της ευστάθειας της PHIL μεθόδου, οι βασικές μέθοδοι εκτίμησης και επίτευξης της ευστάθειας, καθώς και μέθοδοι εκτίμησης της ακρίβειας. Προτείνεται νέα μέθοδος επίτευξης ευστάθειας διατηρώντας καλή ακρίβεια, που επιτρέπει τη σύνδεση δοκιμίου μικρότερης ισχύος για την εκτίμηση της συμπεριφοράς του δοκιμίου πλήρους ισχύος. Αναλύονται θέματα ευστάθειας και γίνεται ποσοτικοποίηση της βελτίωσης της ακρίβειας από τη χρήση της μεθόδου. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται σύγχρονοι έλεγχοι παροχής επικουρικών υπηρεσιών από μονάδες ΔΠ, που αφορούν τη συνεισφορά στη ρύθμιση τάσης (cosφ(P) και Q(V) έλεγχος) και στη ρύθμιση συχνότητας (P(f) έλεγχος, εικονική αδράνεια) και εξηγείται το ζήτημα της ευστάθειας του Q(V) ελέγχου. Γίνεται ανασκόπηση διεθνών προτύπων/οδηγιών, συγκριτική ανάλυση και αναγνώριση ελλείψεων που αφορά τη ρύθμιση τάσης σε μόνιμη κατάσταση, τη συμπεριφορά σε μεταβατική κατάσταση και τη ρύθμιση συχνότητας. Προτείνονται προηγμένες διαδικασίες δοκιμών συμβατικού τύπου και PHIL δοκιμές για επικουρικές υπηρεσίες. Εν συνέχεια, παρουσιάζεται η ανάπτυξη της PHIL εργαστηριακής διάταξης στο εργαστήριο ΣΗΕ του ΕΜΠ, οι αλγόριθμοι προστασίας του πειράματος, ορίζεται διαδικασία, τοπολογία και δίκτυο αναφοράς για PHIL δοκιμές και περιγράφονται προκαταρκτικά PHIL πειράματα. Πραγματοποιούνται ψηφιακές προσομοιώσεις προβληματικής συνεργασίας τοπικού ελέγχου τάσης ΔΠ και Σύστηματος Αλλαγής Τάσης Υπό Φορτίο (ΣΑΤΥΦ). Εφαρμόζεται η προτεινόμενη μέθοδος επίτευξης ευστάθειας και ακρίβειας και πραγματοποιούνται PHIL δοκιμές συνεργασίας ΔΠ και ΣΑΤΥΦ, χρησιμοποιώντας αντιστροφέα μικρότερης κλίμακας και βγάζοντας συμπεράσματα για τον αντιστροφέα πλήρους ισχύος. Οι PHIL δοκιμές δείχνουν αλληλεπιδράσεις που δεν ήταν ορατές στις αμιγώς ψηφιακές προσομοιώσεις, φανερώνοντας τη χρησιμότητα της PHIL μεθόδου. Γίνεται επικύρωση μοντέλου ελεγκτή τάσης αντιστροφέα συγκρίνοντας τα αποτελέσματα των PHIL δοκιμών και των αμιγώς ψηφιακών προσομοιώσεων. Πραγματοποιούνται PHIL δοκιμές ρύθμισης συχνότητας, όπου εξετάζεται η επίδραση του στατισμού και της εικονικής αδράνειας. Έπειτα, η PHIL μέθοδος εφαρμόζεται σε εργαστηριακές ασκήσεις για την εκπαίδευση φοιτητών σε σημαντικά θέματα της λειτουργίας των σύγχρονων συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Αναπτύσσεται προηγμένη διπλή διάταξη PHIL, δημιουργώντας δύο πάγκους εργασίας, που επιτρέπει τη χρήση πραγματικού εξοπλισμού από τους φοιτητές σε μικρές ομάδες, σε συνδυασμό με βιωματική μάθηση. Οι εργαστηριακές ασκήσεις αξιολογήθηκαν σαφώς θετικά από τους φοιτητές. Τέλος, εξετάζονται προβλήματα ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών αντιστροφέων ΔΠ σε ηλεκτρονικούς μετρητές που μπορούν να οδηγήσουν σε εσφαλμένη καταγραφή της ενέργειας. Γίνεται λεπτομερής ανασκόπηση των προτύπων/οδηγιών, υπογραμμίζεται το κενό στο εύρος συχνοτήτων 2 kHz – 150 kHz και περιγράφονται οι πρόσφατες εξελίξεις στην τυποποίηση και οι υπολειπόμενες εργασίες. Παρουσιάζονται διατάξεις δοκιμών ατρωσίας και εκπομπών και πραγματοποιούνται δοκιμές ατρωσίας ηλεκτρονικών μετρητών και εκπομπών αντιστροφέων.

(2017) Καρφόπουλος Ευάγγελος του Λουκά

Συμβολή Στη Διαχείριση Των Ηλεκτρικών Οχημάτων Για Την Αποδοτικότερη Ενσωμάτωση Τους Στα Δίκτυα Ηλεκτρικής Ενέργειας

06/10/2009 – 11/04/2017

Ο εξηλεκτρισμός του τομέα των μεταφορών απαιτεί τη διασύνδεση των ηλεκτρικών οχημάτων με το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας μέσω κατάλληλων υποδομών φόρτισης. Οι ενεργειακές ανάγκες των ηλεκτρικών οχημάτων θα πρέπει να εξυπηρετούνται όπως και η οικιακή κατανάλωση, χωρίς καμία διάκριση. Η διαφορετικότητα του φορτίου των ηλεκτρικών οχημάτων συγκριτικά με το οικιακό φορτίο έγκειται στο γεγονός ότι το φορτίο των ηλεκτρικών οχημάτων δεν είναι στατικό και μπορεί να μετατοπιστεί τόσο χωρικά όσο και χρονικά. Από την πλευρά των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας, η ζήτηση των ηλεκτρικών οχημάτων για τη φόρτιση τους αποτελεί ένα επιπρόσθετο φορτίο που αναμένεται να μεταβάλλει την καμπύλη φορτίου του συστήματος και να επηρεάσει τη λειτουργία και διαχείριση των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας, ανάλογα με το επίπεδο ενσωμάτωσης των ηλεκτρικών οχημάτων και τον τρόπο φόρτισης τους.

Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη της επίδρασης της ενσωμάτωσης των ηλεκτρικών οχημάτων στη λειτουργία των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας καθώς και η ανάπτυξη αλγορίθμων διαχείρισης τους για την αποδοτικότερη ένταξη τους σε αυτά. O καθορισμός του αντικειμενικού στόχου διαχείρισης των ηλεκτρικών οχημάτων είναι άμεσα συνδεδεμένος με τα τεχνικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά του εκάστοτε δικτύου που μελετάται. Ως εκ τούτου, είναι αναγκαία η μελέτη της επίδρασης των ηλεκτρικών οχημάτων σε όλα τα επίπεδα ενός δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας (δηλαδή σύστημα παραγωγής, δίκτυο μεταφοράς, δίκτυο διανομής, διασυνδεδεμένα και μη δίκτυα) με σκοπό να προσδιοριστούν τα πιθανά προβλήματα που θα επιφέρει η ενσωμάτωση τους σε αυτά τα δίκτυα λαμβάνοντας υπόψη διαφορετικά σενάρια διείσδυσης και πολιτικές ενσωμάτωσης. Δύο είναι οι βασικοί άξονες των προτεινόμενων αλγορίθμων διαχείρισης: η μεγιστοποίηση του αριθμού διασυνδεδεμένων ηλεκτρικών οχημάτων στις υφιστάμενες δικτυακές υποδομές χωρίς να παραβιάζονται οι λειτουργικοί περιορισμοί των δικτύων και η πλήρης ενσωμάτωση τους στις αγορές ηλεκτρικής ενέργειας, θεωρώντας αμφίδρομη ροή ισχύος μεταξύ ηλεκτρικών οχημάτων και δικτύου.

Η δυναμική συμπεριφορά των ηλεκτρικών οχημάτων λόγω της κινητικότητας τους επιτάσσει την υιοθέτηση ευέλικτων μεθόδων διαχείρισης τους με σκοπό την εξυπηρέτηση των ενεργειακών αναγκών τους λαμβάνοντας υπόψη τις επιθυμίες των χρηστών των ηλεκτρικών οχημάτων, τους περιορισμούς των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας και τις παραμέτρους των αγορών ηλεκτρικής ενέργειας. Η εφαρμογή αποκεντρωμένων αλγορίθμων διαχείρισης φορτίου σε έντονα μεταβαλλόμενα και σύνθετα περιβάλλοντα μπορεί να αποδειχθεί αποδοτικότερη συγκριτικά με την αντίστοιχη των κεντρικών αλγορίθμων. Για τον σκοπό αυτό, η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στον σχεδιασμό και στην ανάπτυξη αποκεντρωμένων αλγορίθμων διαχείρισης της ζήτησης των ηλεκτρικών οχημάτων. Η απόδοση των προτεινόμενων αποκεντρωμένων αλγορίθμων συγκρίνεται με την αντίστοιχη των κεντρικών αλγορίθμων αποδεικνύοντας την ικανότητα τους να συγκλίνουν στην ίδια βέλτιστη λύση με τους κεντρικούς αλγορίθμους, για υψηλά ποσοστά διείσδυσης ηλεκτρικών οχημάτων, σε μικρότερο υπολογιστικό χρόνο.

Τέλος, στην παρούσα διατριβή αναπτύχθηκαν μια πρότυπη υποδομή φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων και μια διαλειτουργική πλατφόρμα διαχείρισης σταθμών φόρτισης, που επιτρέπουν τις δοκιμές συμβατότητας των εμπορικών τεχνολογιών με τα διεθνή πρότυπα ηλεκτροκίνησης και την εφαρμογή καινοτόμων αλγορίθμων διαχείρισης σε ελεγχόμενο περιβάλλον.

(2017) Ασημακοπούλου Γεωργία του Ηλία

Συμβολή Στη Βέλτιστη Διαχείριση Διεσπαρμένων Ενεργειακών Πόρων

23/11/2007 – 11/04/2017

Η παρουσία Διεσπαρμένων Πόρων (ΔΠ) υπό τη μορφή ευέλικτων φορτίων και τοπικής παραγωγής στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας θέτει σημαντικές προκλήσεις αναφορικά με τον τρόπο λειτουργίας των συστημάτων αυτών αλλά και αναφορικά με τον τρόπο ένταξης των πόρων στις διαδικασίες της αγοράς.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή εστιάζεται στην ανάλυση των επιπτώσεων σε επίπεδο συστήματος από τη λειτουργία τέτοιων πόρων αλλά και στον τρόπο ένταξής τους και λειτουργίας τους. Για τον σκοπό αυτό υλοποιείται αλγόριθμος ωριαίας ένταξης μονάδων και κατανομής φορτίου και εξετάζονται σενάρια μετατόπισης της ζήτησης από τις ώρες αιχμής στις ώρες εκτός αιχμής χωρίς μείωση της συνολικής ενέργειας.

Στη συνέχεια, με εφαρμογή διεπίπεδου μοντέλου μελετάται η αλληλεπίδραση ενός Διαχειριστή ΔΠ, που λειτουργεί ως μεσάζων μεταξύ των ΔΠ και της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας, με τους πελάτες του. Με στόχο την ελαχιστοποίηση του κόστους προμήθειας του φορτίου του, ο Διαχειριστής ΔΠ αποφασίζει για τα βέλτιστα επίπεδα λιανικών τιμών και ενέργειας από το δίκτυο. Βάσει των τιμών αυτών, οι ΔΠ επιλέγουν τα βέλτιστα επίπεδα ενέργειας προς παραγωγής, κατανάλωση ή περικοπή.

Ακολούθως, το πρόβλημα της συμμετοχής του Διαχειριστή ΔΠ στις διαδικασίες της Αγοράς μορφοποιείται ως διεπίπεδο μοντέλο λήψης αποφάσεων, με τις αποφάσεις του Διαχειριστή ΔΠ να επηρεάζονται πλέον όχι μόνο από τα χαρακτηριστικά των ΔΠ αλλά και από την εκκαθάριση της αγοράς ενέργειας στην οποία συμμετέχει υποβάλλοντας κατάλληλα διαμορφωμένες Δηλώσεις Φορτίου και Προσφορές Παραγωγής.

Τέλος, διαμορφώνεται ως διεπίπεδο μοντέλο το πρόβλημα μίας ρυθμιστικής αρχής, υπεύθυνης για τον μακροπρόθεσμο σχεδιασμό ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας, που επιδιώκει να ενθαρρύνει τις επενδύσεις σε έργα αιολικής ενέργειας, σε τέτοιο βαθμό ώστε να επιτυγχάνεται η εξυπηρέτηση του φορτίου με το ελάχιστο κόστος.

(2014) Αναστασιάδης Ανέστης του Γεωργίου

Συμβολή Στην Διαχείριση Μικροδικτύων Ηλεκτρικής Ενέργειας Με Ενσωμάτωση Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας Και Συστημάτων Συμπαραγωγής Ηλεκτρισμού Και Θερμότητας

29/11/2005 – 09/12/2014

Η αυξανόμενη εγκατάσταση μονάδων διεσπαρμένης παραγωγής (ΔΠ) κοντά στους καταναλωτές δημιουργεί μια νέα κατάσταση για τα Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ). Το αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η ανάπτυξη κατάλληλων μεθοδολογιών, εργαλείων λογισμικού και τεχνικών ανάλυσης για την ποσοτικοποίηση των πλεονεκτημάτων των μονάδων ΔΠ, με έμφαση στα συστήματα συμπαραγωγής ηλεκτρισμού θερμότητας (ΣΗΘ) και ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ΑΠΕ) τόσο κατά την ανεξάρτητη λειτουργίας τους όσο και κατά την συντονισμένη τους που συνιστά ένα Μικροδίκτυο. Η μετατροπή των ντετερμινιστικών εξισώσεων που διέπουν τις εν λόγω μελέτες στις αντίστοιχες στοχαστικές καθώς και η ανάπτυξη μεθόδων επίλυσης της πιθανοτικής ροής φορτίου για τη διαχείριση της αβεβαιότητας, κρίνεται απαραίτητη.

Πιο συγκεκριμένα αναπτύχθηκε μεθοδολογία, με τη βοήθεια της ανάλυσης ευαισθησίας, για τον προσδιορισμό των συντελεστών ευαισθησίας, για εκείνα τα μεγέθη του δικτύου που χρησιμοποιούνται για την ποσοτικοποίηση των κυριότερων οικονομικών πλεονεκτημάτων εξαιτίας της αυξημένης διείσδυσης μονάδων ΔΠ. Τα οικονομικά οφέλη, μέσω εφαρμογής σε συγκεκριμένο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας, προέρχονται από την αναβολή των επενδύσεων σε νέα στοιχεία του δικτύου όπως μετασχηματιστές και καλώδια, από τη μείωση των απωλειών ενεργού ισχύος, την αποφυγή αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας με βάση την οριακή τιμή του συστήματος (ΟΤΣ) κατά τις ώρες αιχμής και την πιθανή μείωση της τιμής του ηλεκτρικού ρεύματος. Εξετάστηκε, επίσης, η βελτίωση του επιπέδου της τάσης στους ζυγούς του δικτύου.

Στη συνέχεια υλοποιήθηκαν κατάλληλα υπολογιστικά προγράμματα για την επίλυση του προβλήματος ελαχιστοποίησης του λειτουργικού κόστους ενός Μικροδικτύου στο οποίο εφαρμόζονται ενεργειακές και τιμολογιακές πολιτικές. Το προς μελέτη δίκτυο χαμηλής τάσης (ΧΤ) αποτελείται από καταναλωτές (φορτία) και μικροπηγές ενέργειας όπως φωτοβολταϊκά (PV), ανεμογεννήτριες (WT), μικροτουρμπίνες (MT), κυψέλες καυσίμου (FC), μονάδες Μίκρο_ΣΗΘ, ηλεκτρικά αυτοκίνητα (EV). Εφαρμόστηκαν, επίσης, πολιτικές που αφορούν την αυξημένη διείσδυση των μονάδων ΔΠ. Επίσης, μελετήθηκε επαρκώς το Μικροδίκτυο με αλλαγές στις τιμολογιακές πολιτικές λειτουργίας του όπου και εισήχθη η μεταβλητή ελαστικότητας ζήτησης ενέργειας ως προς τη τιμή. Για τη διαχείριση των εξαγόμενων πληροφοριών δημιουργήθηκε ένας αριθμός από οικονομικοτεχνικούς δείκτες που εξάγονται για κάθε ένα από τα σενάρια λειτουργίας, με αποτέλεσμα να είναι δυνατή η σύγκριση επιμέρους σεναρίων και κατά συνέπεια πολιτικών που μπορούν να εφαρμοστούν σε ένα δίκτυο ΧΤ. Κατά συνέπεια, μέσα από την αξιολόγηση συγκρίσιμων σεναρίων παρουσιάζονται οι πολιτικές που εμπεριέχουν εμφανώς μεγαλύτερη βιωσιμότητα και δυνατότητα υλοποίησης. Η όλη μοντελοποίηση έγινε με γνώμονα την όσο το δυνατό αυτόνομη λειτουργία του Μικροδικτύου από το ανάντη δίκτυο.

Επιπροσθέτως, εξετάστηκε η μελέτη βιωσιμότητας μιας επένδυσης Μίκρο_ΣΗΘ για ένα οικιστικό συγκρότημα σε σχέση με τη συμβατική κάλυψη των ενεργειακών αναγκών του. Ακολούθως, αναπτύχθηκε ένα πιθανοτικό μοντέλο μονάδας Μίκρο_ΣΗΘ συναρτήσει της εξωτερικής θερμοκρασίας περιβάλλοντος και των χαρακτηριστικών του χώρου που πρόκειται να καλύψει θερμικά, για την εύρεση των κατανομών τόσο της ηλεκτρικής ισχύος εξόδου του όσο και της αντίστοιχης θερμικής ισχύος με τη βοήθεια του λόγου θερμότητας προς ισχύ εξόδου (HPR). Το προταθέν πιθανοτικό μοντέλο χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό των μέσων ωριαίων (ή υποπολλαπλάσιων της ώρας) θερμικών και ηλεκτρικών φορτίων ζήτησης κτιρίων. Σε μεγαλύτερα ΣΗΕ, η διαδικασία εύρεση της βέλτιστης ροής φορτίου με περιβαλλοντικούς περιορισμούς και με μονάδες ΣΗΘ απομάστευσης σε λειτουργία Heat Match αντιμετωπίστηκε επιτυχώς μέσω συγκεκριμένης μεθοδολογίας που αναπτύχθηκε, αναδεικνύοντας τις μονάδες αυτές κύριους παίκτες.

Κατόπιν, η εύρεση της λύσης για το στοχαστικό πολυκριτηριακό πρόβλημα βελτιστοποίησης σε Μικροδίκτυο, επιτυγχάνεται, λαμβάνοντας υπόψη ότι οι συναρτήσεις του αναμενόμενου λειτουργικού κόστους καθώς και οι συναρτήσεις ρίσκου (αναμενόμενες αποκλίσεις της παραγωγής ηλεκτρικής και θερμικής ισχύος) που πρόκειται να ελαχιστοποιηθούν με τη χρήση του σταθμισμένου αθροίσματος, είναι «αλληλοσυγκρουόμενες». Η επέκταση και η λύση του γνωστού στοχαστικού μοντέλου οικονομικής κατανομής με χρήση μονάδων ΣΗΘ απομάστευσης ώστε να συμπεριληφθούν τα αιολικά πάρκα, οι εκπομπές αερίων ρύπων καθώς και η συνάρτηση ασφάλειας του ΣΗΕ λόγω αυξημένης διείσδυσης αιολικής ισχύος αντιμετωπίστηκε ικανοποιητικά. Με αυτό τον τρόπο ο εκάστοτε λειτουργός του συστήματος έχει ένα ισχυρό πρόγραμμα για τη λήψη αποφάσεων ώστε να επιτύχει περισσότερο ακριβείς λύσεις και εκτιμήσεις ενός συστήματος ισχύος με διείσδυση μονάδων ΑΠΕ, κάτω από περιβαλλοντικές πολιτικές.

Τέλος, υλοποιήθηκαν υπολογιστικά ευέλικτα προγράμματα για τις περισσότερες αριθμητικές και αναλυτικές μεθόδους επίλυσης του προβλήματος της Πιθανοτικής Ροής Φορτίου σε ΣΗΕ με διείσδυση μονάδων ΑΠΕ ώστε να είναι εφικτή η σύγκριση των αποτελεσμάτων και οι αποδόσεις τους έχοντας σα βάση σύγκρισης τη μέθοδο Monte Carlo. Ιδιαίτερα, η εφαρμογή της μεθόδου γραμμικοποίησης των AC εξισώσεων ροής φορτίου σε συνδυασμό με την επέκταση κατά Gram-Charlier ή Cornish-Fisher στο δίκτυο της Κρήτης έδωσε αξιόπιστα αποτελέσματα σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα σε σχέση με τις άλλες μεθόδους που εξετάστηκαν. Επίσης, η μελέτη της πιθανοτικής ροής φορτίου σε δίκτυο ΧΤ που ενσωματώνει μονάδα Μίκρο-ΣΗΘ για την οποία τα μεγέθη εξόδου της (ηλεκτρική και θερμική ισχύς) παρέχονται από το πιθανοτικό μοντέλο αναπτύχθηκε με πληρότητα. Η μελέτη της επίδρασης της εξωτερικής θερμοκρασίας περιβάλλοντος στα μεγέθη της τάσης και της ροής ισχύος στις γραμμές του εξεταζόμενου δικτύου μπορεί να φανεί χρήσιμη σε περιπτώσεις όπου υπάρχει μεγάλη διείσδυση πολλών μονάδων Μίκρο-ΣΗΘ που λειτουργούν με παρόμοιο τρόπο.

(2013) Ορφανός Γεώργιος του Αθανασίου

Συμβολή Στο Σχεδιασμό Επέκτασης Και Στην Κατανομή Του Κόστους Συστημάτων Μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας 

23/11/2007 – 17/07/2013

Η απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας είχε ως αποτέλεσμα το διαχωρισμό των συστημάτων μεταφοράς από τις πρώην καθετοποιημένες επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας. Η τιμολόγηση του φυσικού αυτού μονοπωλίου στο νέο περιβάλλον αγοράς θα πρέπει να προάγει την οικονομική και ασφαλή βραχυπρόθεσμη λειτουργία της αγοράς και του συστήματος, να κατανέμει το ρυθμιζόμενο από τις εποπτικές αρχές απαιτούμενο έσοδο των ιδιοκτητών των εγκαταστάσεων μεταφοράς στους χρήστες του δικτύου με δίκαιο τρόπο και να δίνει σωστά οικονομικά σήματα για νέες επενδύσεις μεταφοράς, παραγωγής και εξοικονόμησης ζήτησης. Ο κύριος στόχος της επέκτασης συστημάτων μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας σε απελευθερωμένες αγορές ηλεκτρικής ενέργειας είναι η παροχή ανταγωνιστικών και χωρίς διακρίσεις συνθηκών αγοράς στους συμμετέχοντες στην αγορά διατηρώντας συγχρόνως την αξιοπιστία και την ασφάλεια του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας σε αποδεκτά επίπεδα. Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι: i) η εφαρμογή και αξιολόγηση διαφόρων μεθόδων κατανομής του σταθερού κόστους της μεταφοράς στους χρήστες του δικτύου και ii) η ανάπτυξη νέων μεθόδων και εργαλείων βελτιστοποίησης για την αντιμετώπιση των αβεβαιοτήτων που υπεισέρχονται στο πρόβλημα της επέκτασης συστημάτων μεταφοράς στο απελευθερωμένο περιβάλλον αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας.

Στα πλαίσια της διατριβής αρχικά εξετάζεται η εφαρμογή διαφόρων μεθόδων προσεγγιστικής ανίχνευσης των ροών φορτίου και κατανομής του ετήσιου κόστους της μεταφοράς με βάση τη προσεγγιστική χρήση των εγκαταστάσεών της σε αγορά τύπου κοινοπραξίας. Στη συνέχεια αναπτύσσεται μια νέα μέθοδος κατανομής του ετήσιου κόστους κάθε εγκατάστασης του δικτύου μεταφοράς σε αγορά τύπου κοινοπραξίας με βάση τη χρήση μιας βέλτιστης (μικρότερης δυνατής όσον αφορά την ασφάλεια Ν-1) μεταφορικής ικανότητας της εγκατάστασης. Η χρήση της εγκατάστασης αυτής υπολογίζεται προσεγγιστικά χρησιμοποιώντας τους συντελεστές κατανομής για τη χρονική στιγμή μέσα στο έτος όπου το σύστημα έχει ανάγκη τη μεγαλύτερη βέλτιστη ικανότητα μεταφοράς της εγκατάστασης. Η προτεινόμενη μέθοδος μπορεί να αντιληφθεί και να χρεώσει ανάλογα τους περισσότερο ωφελημένους από τις διάφορες συνθήκες λειτουργίας του συστήματος και από την ύπαρξη των νέων ή και παλαιών εγκαταστάσεων του δικτύου. Στο τέλος της διατριβής πραγματοποιείται σύγκριση και παράλληλη εφαρμογή της προτεινόμενης μεθόδου κατανομής του ετήσιου κόστους της μεταφοράς με την οριακή τιμολόγηση της μεταφοράς τόσο για το σύνολο του δικτύου όσο και αποκλειστικά για τις νέες εγκαταστάσεις του.

Στο δεύτερο σκέλος της διατριβής αρχικά αναπτύσσεται ένας βελτιωμένος αλγόριθμος αρμονικής αναζήτησης και εφαρμόζεται στο πρόβλημα βελτιστοποίησης μικτού ακέραιου προγραμματισμού της στατικής επέκτασης συστημάτων μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Στη συνέχεια προτείνεται μια νέα μορφοποίηση της πιθανοτικής επέκτασης συστημάτων μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας μέσω εισαγωγής ενός άνω ορίου στην πιθανή αποκοπή φορτίου κατά την αιχμή του συστήματος. Για την επίλυση του πιθανοτικού αυτού προβλήματος αναπτύχθηκε η μέθοδος αποσύνθεσης Benders σε συνδυασμό με την πιθανοτική μέσω Monte Carlo αναπαράσταση των δεδομένων εισόδου (φορτίο αιχμής, διαθεσιμότητα εγκαταστάσεων δικτύου και παραγωγή από αιολικά πάρκα). Τέλος προτείνονται δύο διαφορετικές μορφοποιήσεις κόστους-οφέλους για την αντικειμενική συνάρτηση του προβλήματος επέκτασης συστημάτων μεταφοράς σε απελευθερωμένο περιβάλλον αγοράς ανάλογα με το αν η αναζητούμενη λύση επέκτασης του δικτύου αφορά εμπορική επένδυση ή πρόκειται για επένδυση που έχει ως στόχο τη βελτίωση της οικονομικής λειτουργίας του συστήματος. Η επίλυση των προβλημάτων αυτών πραγματοποιείται μέσω εφαρμογής του προτεινόμενου βελτιωμένου αλγορίθμου αρμονικής αναζήτησης χρησιμοποιώντας οριακή τιμολόγηση της μεταφοράς με ενσωματωμένο το κόστος ασφάλειας Ν-1 στις τοπικές οριακές τιμές των ζυγών και λαμβάνοντας υπόψη τη βέλτιστη μεταφορική ικανότητα των γραμμών του δικτύου σαν κριτήριο επιλογής των υποψήφιων προς επέκταση κλάδων.

(2012) Σιδεράτος Γεώργιος του Νικολάου

Ανάπτυξη μοντέλων πρόβλεψης παραγωγής Αιολικής Ισχύος με χρήση Νευρωνικών Δικτύων και τεχνικών Ασαφούς Λογικής

18/11/2003 – 23/02/2012

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, αναπτύσσονται δύο προηγμένες μεθοδολογίες για την πρόβλεψη της παραγωγής ενός αιολικού πάρκου που βασίζονται σε τεχνικές τεχνητής νοημοσύνης. Με βάση τις αριθμητικές προβλέψεις καιρού που παρέχονται από μετεωρολογικά μοντέλα υψηλής κλίμακας, αναπτύχθηκαν δύο μοντέλα πρόβλεψης τα οποία αφού εξετάσουν την αξιοπιστία αυτών των προβλέψεων, δίνουν ακριβείς προβλέψεις της παραγωγής ενός αιολικού πάρκου για τις επόμενες δύο ή τρεις ημέρες. Εκ των προτέρων, αναλύονται οι διαδικασίες που ακολουθούν τα μετεωρολογικά μοντέλα υψηλής κλίμακας και οι παράγοντες που επηρεάζουν τις σχέσεις των αριθμητικών προβλέψεων καιρού με την παραγωγή ενός αιολικού πάρκου, οι οποίες συνθέτουν και το πρόβλημα της πρόβλεψης της αιολικής ισχύος.

Η δομή του πρώτου μοντέλου πρόβλεψης της αιολικής ισχύος που θα παρουσιαστεί στην παρούσα διατριβή βασίζεται στην ποιότητα των αριθμητικών προβλέψεων καιρού. Δηλαδή, με χρήση τεχνικών ασαφούς λογικής αξιολογούνται οι καιρικές προβλέψεις και με βάση αυτήν την αξιολόγηση ενεργοποιείται ένα από τα νευρωνικά δίκτυα ακτινωτής βάσης του μοντέλου. Η δομή του δεύτερου μοντέλου πρόβλεψης της αιολικής ισχύος στηρίζεται στην κατάσταση της ατμόσφαιρας την χρονική στιγμή που γίνεται η πρόβλεψη. Η ατμοσφαιρική κατάσταση πρώτα κατηγοριοποιείται μέσω έναν αυτό-οργανούμενο χάρτη. Στην συνέχεια νευρωνικά δίκτυα ακτινωτής βάσης παρέχουν μία πρώτη εκτίμηση της αιολικής ισχύος. Στο επόμενο βήμα αξιολογούνται οι αριθμητικές προβλέψεις καιρού και τέλος νευρωνικά δίκτυα ακτινωτής βάσης διορθώνουν την αρχική πρόβλεψη της αιολικής ισχύος με βάση την παραπάνω αξιολόγηση. Στο δεύτερο μοντέλο πρόβλεψης της αιολικής ισχύος ενσωματώθηκε μία μεθοδολογία που μετατρέπει τις προβλέψεις σημείου σε προβλεπόμενες συναρτήσεις πυκνότητας πιθανότητας  της αιολικής ισχύος.

Η επικύρωση των προτεινόμενων μοντέλων πρόβλεψης της αιολικής ισχύος έγινε σε off-line και σε on-line κατάσταση σε πραγματικά αιολικά πάρκα με διαφορετικά χαρακτηριστικά. Επιπλέον, η απόδοση των μοντέλων πρόβλεψης της αιολικής ισχύος συγκρίνεται με την απόδοση άλλων προηγμένων μοντέλων πρόβλεψης κατά την on-line λειτουργία τους σε πέντε διαφορετικά αιολικά πάρκα την ίδια χρονική περίοδο.

(2012) Ηλίας Χαράλαμπος του Νικολάου

Συμβολή στη Βραχυπρόθεσμη και Μεσοπρόθεσμη Πρόβλεψη Ζήτησης Ηλεκτρικού Φορτίου και Ενέργειας με χρήση Ασαφούς Λογικής

18/11/2003 – 23/01/2012

Η παρούσα διατριβή έχει ως αντικείμενο τη διερεύνηση και τη μελέτη του προβλήματος της πρόβλεψης ζήτησης φορτίου και ενέργειας του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας σε βραχυπρόθεσμη και μεσοπρόθεσμη κλίμακα με χρήση ασαφούς λογικής.

Αρχικά, πραγματοποιείται μία σύντομη εισαγωγή στην πρόβλεψη φορτίου και ενέργειας, αναδεικνύεται η σημασία τους και αναλύονται τόσο οι εφαρμογές αυτών, όσο και οι παράγοντες που επηρεάζουν τη ζήτηση της ηλεκτρικής ενέργειας. Επιπλέον, αναλύονται τα διάφορα μοντέλα πρόβλεψης φορτίου και ενέργειας, τα οποία περιέχονται στη διεθνή αρθρογραφία (με χρήση κλασικών μεθόδων, τεχνητών νευρωνικών δικτύων, ασαφούς λογικής, υβριδικών μοντέλων).

Προκειμένου να καλυφθεί η ανάγκη για βραχυπρόθεσμη πρόβλεψη φορτίου, αναπτύχθηκε ένας νέος αλγόριθμος πρόβλεψης ημερήσιας καμπύλης φορτίου για το διασυνδεδεμένο σύστημα με χρήση ασαφούς λογικής, ο οποίος δίνει την ημερήσια καμπύλη φορτίου ανά ώρα για την επόμενη και τη μεθεπόμενη ημέρα, ενώ έχει πραγματοποιηθεί και ο υπολογισμός του πρόστιμου της πρόβλεψης που αφορά τις αντίστοιχες ημέρες, σύμφωνα με τους σχετικούς κανονισμούς. Ο αλγόριθμος αυτός βελτιστοποιείται ως προς την επιλογή των εισόδων του (όπως φορτία, θερμοκρασίες, είδος ημέρας κ.τ.λ.), των χαρακτηριστικών παραμέτρων των συναρτήσεων συμμετοχής, καθώς, επίσης, και των διαφόρων μεθόδων εξαγωγής συμπεράσματος από τη βάση κανόνων ασαφούς λογικής. Επίσης, μελετήθηκε η συμπεριφορά του μοντέλου ως προς τα χρόνια εκπαίδευσης, χρησιμοποιώντας πλήθος κριτηρίων, όπως το μέσο εκατοστιαίο σφάλμα και την υπέρβαση ορίου ποσοστού σφάλματος (που καθορίζει το κόστος σφάλματος πρόβλεψης). Το μοντέλο εφαρμόστηκε, ενδεικτικά, για το έτος 2008, ενώ τα αποτελέσματά του συγκρίθηκαν με αντίστοιχα αποτελέσματα που προέκυψαν από ένα κλασικό μοντέλο τεχνητού νευρωνικού δικτύου διατηρώντας σταθερό όρο ορμής και ρυθμό μάθησης.

Για τον προσδιορισμό του διαστήματος εμπιστοσύνης, αρχικά καταγράφηκαν οι βασικές μέθοδοι προσδιορισμού τυπικών αποκλίσεων για τις μεθόδους των τεχνητών νευρωνικών δικτύων και, στη συνέχεια, αφ’ ενός μεν τροποποιήθηκε η μέθοδος της επαναδειγματοληψίας για την εύρεση του διαστήματος εμπιστοσύνης στην περίπτωση της ασαφούς λογικής, αφ’ ετέρου δε αναπτύχθηκε μία πρωτοποριακή μέθοδος αναλυτικού υπολογισμού της τυπικής απόκλισης, που σε συνδυασμό με τη συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας του σφάλματος, οδηγεί στον υπολογισμό του διαστήματος εμπιστοσύνης.

Στη συνέχεια, ο προτεινόμενος αλγόριθμος πρόβλεψης τροποποιήθηκε κατάλληλα, ώστε να είναι δυνατή η εφαρμογή του, όχι μόνο στο διασυνδεδεμένο σύστημα, αλλά και σε μη διασυνδεδεμένο σύστημα. Εκτελέστηκε, δε, για το απομονωμένο σύστημα της νήσου Αγίου Ευστράτιου. Ο αλγόριθμος υπολογίζει την ημερήσια καμπύλη της επόμενης ημέρας έχοντας ως δεδομένα ένα ελάχιστο πλήθος 100 ημερών (λόγω έλλειψης δεδομένων). Επιπροσθέτως, γίνεται μια σύγκριση ανάμεσα στα αποτελέσματα της πρόβλεψης της ημερήσιας καμπύλης φορτίου του διασυνδεδεμένου και του μη διασυνδεδεμένου συστήματος, δίνοντας έμφαση στα επιπλέον προβλήματα που ανακύπτουν στο μη διασυνδεδεμένο σύστημα.

Αντίστοιχα, δημιουργήθηκε ένα μοντέλο μεσοπρόθεσμης πρόβλεψης της ενέργειας βασισμένο στις αρχές της ασαφούς λογικής. Το μοντέλο αυτό εφαρμόστηκε για την πρόβλεψη της απαιτούμενης ενέργειας για τα επόμενα τρία έτη τόσο για το σύνολο του Ελληνικού Συστήματος, όσο και για επιμέρους κατηγορίες καταναλωτών. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν ήταν σαφέστατα καλύτερα σε σύγκριση με αυτά που προκύπτουν με την εφαρμογή των κλασικών μεθόδων πρόβλεψης ενέργειας και ελάχιστα καλύτερα από αυτά που προκύπτουν από  μοντέλα πρόβλεψης βασισμένα σε τεχνητά νευρωνικά δίκτυα.

Εν κατακλείδι, καταγράφονται τα γενικά συμπεράσματα που προκύπτουν από τη δημιουργία και την εφαρμογή των μοντέλων βραχυπρόθεσμης πρόβλεψης φορτίου και μεσοπρόθεσμης πρόβλεψης ενέργειας, ενώ αναφέρονται και οι προοπτικές περαιτέρω έρευνας σε σχέση με τα παραπάνω πεδία.

Στο τέλος της διατριβής, παρατίθεται μια λεπτομερής περιγραφή των βασικών στοιχείων της ασαφούς λογικής και περιγράφονται τα ασαφή σύνολα και οι βασικές πράξεις που γίνονται ανάμεσα σε αυτά, π.χ. ένωση, τομή. Παρουσιάζονται οι ασαφείς λεκτικές περιγραφές, οι λεκτικές μεταβλητές και τιμές, η ασαφοποίηση και η ασαφής εξαγωγή συμπεράσματος. Επίσης, γίνεται μία σύντομη εισαγωγή στα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα και στον αλγόριθμο εκπαίδευσης οπίσθιας διάδοσης σφάλματος.

(2011) Μάργαρης Ιωάννης του Διονυσίου

Μοντελοποίηση Ανεμογεννητριών για την μελέτη Δυναμικών Φαινομένων σε συνθήκες αυξημένης αιολικής διείσδυσης

17/04/2007 – 13/12/2011

Η συνεχώς αυξανόμενη αιολική διείσδυση στα σύγχρονα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας θέτει προκλήσεις στην αιολική τεχνολογία όσον αφορά τη δυνατότητα των ανεμογεννητριών να λειτουργούν σύμφωνα με τους περιορισμούς που προδιαγράφονται από τους διαχειριστές των δικτύων. Πλήθος λειτουργιών ρύθμισης και ελέγχου που παραδοσιακά καλύπτονταν αποκλειστικά από συμβατικές μονάδες παραγωγής απαιτούνται πλέον από τις ανεμογεννήτριες που συνδέονται στα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας. Στόχος της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη εξειδικευμένων τεχνικών ελέγχου και σχεδίασης των ανεμογεννητριών, που επιτρέπει τη λειτουργία τους ως ενεργές συνιστώσες των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας.

Κατά τη διάρκεια της διατριβής έμφαση δόθηκε στους δύο βασικούς τύπους ανεμογεννητριών ανεμογεννητριών μεταβλητών στροφών – η ανεμογεννήτρια με ασύγχρονη γεννήτρια τυλιγμένου δρομέα διπλής τροφοδότησης και μετατροπέα μερικής ισχύος συνδεδεμένο στο δρομέα και η ανεμογεννήτρια με σύγχρονη γεννήτρια (ηλεκτρικής διέγερσης ή μονίμων μαγνητών) και πλήρη μετατροπέα. Τα μοντέλα που αναπτύχθηκαν χρησιμοποιούνται για τη μελέτη της αλληλεπίδρασης ανεμογεννητριών-αιολικών πάρκων και δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας τόσο κατά τη διάρκεια συνθηκών κανονικής λειτουργίας όσο και για τη μελέτη μεταβατικών φαινομένων όπως πχ. σφάλματα στο δίκτυο.

Αρχικά αναπτύσσονται δυναμικά μοντέλα που αναπαριστούν την αεροδυναμική και μηχανική συμπεριφορά της ανεμογεννήτριας καθώς και το πλήρες ηλεκτρικό σύστημα – γεννήτρια, μετατροπείς και σύνδεση στο δίκτυο. Τα μοντέλα αναπτύχθηκαν σε λογισμικά προσομοιώσης όπως Matlab/Simulink και DIgSILENT Power Factory. Στη συνέχεια αναπτύσσονται στρατηγικές ελέγχου για κάθε τύπο ανεμογεννήτριας για την κανονική λειτουργία με στόχο τη μελέτη της επίδρασης της  διακύμανσης της αιολικής παραγωγής στο σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας λόγω διακυμάνσεων στην ταχύτητα ανέμου και επιπρόσθετες τεχνικές ελέγχου για τη λειτουργία κατά τη διάρκεια μεταβατικών φαινομένων στο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. Η πρώτη κατηγορία μεταβατικών φαινομένων αφορά στη δυνατότητα αδιάλλειπτης παροχής ισχύος κατά τη διάρκεια βυθίσεων τάσης για τους δύο τύπους ανεμογεννητριών καθώς και στη δυνατότητα συμβολής στη ρύθμιση τάσης. Η δεύτερη κατηγορία μεταβατικών αναφέρεται σε διαταραχές που επιδρούν σημαντικά στο ισοζύγιο ενεργού ισχύος του Συστήματος και στην απόκριση της συχνότητας. Σχεδιάζονται και μελετώνται ελεγκτές συχνότητας για τις ανεμογεννήτριες ώστε να είναι σε θέση να συμβάλλουν στην πρωτεύουσα ρύθμιση συχνότητας με τρόπο παρόμοιο με τις συμβατικές μονάδες. Οι στρατηγικές ελέγχου δεν αναφέρονται μόνο σε επιμέρους ανεμογεννήτριες αλλά επεκτείνονται και σε αιολικά πάρκα των οποίων η ονομαστική ισχύς σήμερα πλέον προσεγγίζει σε μέγεθος τους συμβατικούς σταθμούς παραγωγής. Οι ελεγκτές στο επίπεδο του αιολικού πάρκου αναλαμβάνουν να ρυθμίσουν την παραγωγή ενεργού ισχύος των ανεμογεννητριών με βάση σήματα που λαμβάνουν από το διαχειριστή του συστήματος όσον αφορά πλήθος λειτουργιών, όπως εφεδρεία ενεργού ισχύος, αδρανειακή απόκριση, έλεγχος στατισμού και όρια ρυθμού μεταβολής ενεργού ισχύος.

Τα μοντέλα που αναπτύσσονται χρησιμοποιούνται στη συνέχεια για τη διερεύνηση της λειτουργίας αιολικών πάρκων σε μη διασυνδεδεμένα συστήματα, όπως τα νησιωτικά. Τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των απομονωμένων συστημάτων θέτουν ειδικές απαιτήσεις ως προς τις υπηρεσίες στήριξης του δικτύου εκ μέρους των αιολικών πάρκων. Η μεθοδολογία προσέγγισης περιλαμβάνει μελέτη της λειτουργίας κατά τη διάρκεια διακυμάνσεων στην αιολική παραγωγή λόγω της στοχαστικής φύσης του ανέμου και ανάλυση της αλληλεπίδρασης ανεμογεννητριών και δικτύου κατά τη διάρκεια μεταβατικών φαινομένων που επιδρούν είτε στην τάση είτε στη συχνότητα του συστήματος. Τα στάδια ανάλυσης συγκροτούν μια μεθοδολογία προσέγγισης των ορίων αιολικής διείσδυσης αλλά και παραμέτρων όπως το ποσό εφεδρείας ενεργού ισχύος που πρέπει να απαιτείται από τα αιολικά πάρκα κατά την πρωτεύουσα ρύθμιση συχνότητας. Αν και τα ποσοτικά αποτελέσματα που προκύπτουν από τη συγκεκριμένη περίπτωση συστήματος που μελετάται (σύστημα Ρόδου) δεν μπορούν να γενικευθούν αυτομάτως, εν τούτοις είναι σαφές ότι οι στρατηγικές ελέγχου που αναπτύσσονται και παρουσιάζονται στην παρούσα διατριβή παρέχουν τη δυνατότητα επέκταση.

(2010) Βουμβουλάκης Εμμανουήλ του Μιχαήλ

Συμβολή μεθόδων Μηχανικής Μάθησης στην εκτίμηση και τον έλεγχο Δυναμικής Ασφάλειας Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας

18/11/2003 – 08/06/2010

Η ασφάλεια ορίζεται ως η ικανότητα ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας να διατηρήσει τη συνεχή λειτουργία του, τόσο υπό κανονικές συνθήκες όσο και κάτω από σοβαρές διαταραχές. Τα σύγχρονα συστήματα αναγκάζονται να λειτουργούν με ολοένα και μικρότερα περιθώρια ασφάλειας καθώς η ζήτηση ηλεκτρικής ισχύος αυξάνεται με ρυθμούς συχνά μεγαλύτερους από τις δυνατότητες εγκατάστασης νέου εξοπλισμού παραγωγής και μεταφοράς. Έτσι η γρήγορη και αξιόπιστη εκτίμηση της κατάστασης ασφάλειας ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας καθίσταται αναγκαία. Στο πεδίο της Εκτίμησης της Δυναμικής Ασφάλειας (ΕΔΑ) δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στον προληπτικό και τον διορθωτικό έλεγχο. Ο προληπτικός έλεγχος έχει να κάνει με ένα σύνολο δράσεων που εφαρμόζονται όταν εντοπίζεται ανασφαλής κατάσταση λειτουργίας, ενώ ο διορθωτικός έλεγχος εφαρμόζεται για να αντισταθμίσει τις συνέπειες της ανασφαλούς λειτουργίας του συστήματος αφού έχει συμβεί μια σοβαρή διαταραχή.

Ο σκοπός αυτής της διατριβής είναι η εφαρμογή μεθόδων μηχανικής μάθησης στην εκτίμηση και τον έλεγχο δυναμικής ασφάλειας των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Οι μέθοδοι μηχανικής μάθησης έχουν ιδιότητες που τις καθιστούν ιδιαίτερα ελκυστικές σε σχέση με τις αναλυτικές μεθόδους που παραδοσιακά εφαρμόζονται. Ένα πλεονέκτημά τους είναι η πολύ γρήγορη απόκρισή τους μετά τη διαδικασία της εκπαίδευσής τους. Επιπλέον έχουν τη δυνατότητα να αναγνωρίζουν αν μια κατάσταση του συστήματος έχει συμβεί ξανά και να προβλέπουν αντίστοιχα το βαθμό ασφάλειάς της  Παρομοίως αν σχεδιαστούν σωστά προσαρμόζονται εύκολα σε νέες συνθήκες μαθαίνοντας από προηγούμενες καταστάσεις. Τέλος έχουν τη δυνατότητα να αποκαλύπτουν άγνωστα χαρακτηριστικά και σχέσεις σε ένα σύστημα.

Στην παρούσα διατριβή, εφαρμόζονται Δέντρα Απόφασης (ΔΑ) για να προτείνουν κανόνες ασφάλειας που στη συνέχεια μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διαχείριση φορτίου αλλά και της οικονομικής κατανομής φορτίου υπό τον περιορισμό ασφαλούς λειτουργίας. Προτείνεται επίσης μια τροποποιημένη μέθοδος για την κατασκευή ΔΑ, που χρησιμοποιεί γενετικούς αλγορίθμους προκειμένου να σχηματιστούν χαρακτηριστικές ομάδες ζυγών φορτίου στο σύστημα από τις οποίες θα γίνει η απαραίτητη μείωση φορτίου. Η μέθοδος των ΔΑ αναπτύσσεται περαιτέρω και προτείνεται ένα υβριδικό σύστημα μάθησης για τον διορθωτικό έλεγχο ασφάλειας που βασίζεται σε ένα αυτοοργανούμενο χάρτη. Ο χάρτης εκτελεί ταξινόμηση των καταστάσεων ασφάλειας σύμφωνα με το προφίλ φόρτισης του συστήματος, ενώ ΔΑ αναλαμβάνουν να διερευνήσουν τις θέσεις του χάρτη με αδιευκρίνιστο βαθμό ασφάλειας. Η μέθοδος των Νευρωνικών Δικτύων Ακτινικής Συνάρτησης Βάσης (ΝΔΑΣΒ) και των Μηχανών Διανυσμάτων Υποστήριξης (ΜΔΥ) εφαρμόζεται για την ΕΔΑ ενώ παράλληλα διερευνώνται εναλλακτικές τεχνικές επιλογής χαρακτηριστικών. Αναπτύσσεται επίσης μια υβριδική μέθοδος που συνδυάζει τα ΝΔΑΣΒ με τη βελτιστοποίηση σμήνους σωματιδίων για τον προσδιορισμό κατάλληλων διορθωτικών και προληπτικών δράσεων ελέγχου ασφάλειας. Εφαρμόζεται επίσης η μέθοδος της ενισχυτικής μάθησης για τον προσδιορισμό της πολιτικής στρεφόμενης εφεδρείας ενός αυτόνομου συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας. Ο αλγόριθμος εκπαιδεύεται online και συγκρίνεται με ντετερμινιστικές πολιτικές εφεδρείας. Τέλος προτείνεται μια μέθοδος μηχανικής μάθησης που συνδυάζει τη βελτιστοποίηση σμήνους σωματιδίων με έναν τροποποιημένο αλγόριθμο αυτοοργανούμενων χαρτών για τον προσδιορισμό της βέλτιστης λύσης ελεγχόμενης νησιδοποίησης του συστήματος.

Οι παραπάνω μέθοδοι εφαρμόστηκαν σε διάφορα συστήματα όπως το Ελληνικό διασυνδεδεμένο σύστημα, το αυτόνομο σύστημα της Κύπρου, το μικροδίκτυο και το πολλαπλό μικροδίκτυο καθώς και σε πρότυπα συστήματα του IEEE.

(2009) Σουλτάνης Νικόλαος του Λουκά

Συμβολή στον έλεγχο και στην προσομοίωση Συστημάτων Ισχύος Χαμηλής Τάσης με Διεσπαρμένη Παραγωγή

26/11/2001 – 02/06/2009

Τα κίνητρα που ευνοούν την διεσπαρμένη παραγωγή ωθούν στην επέκταση της στο δίκτυο χαμηλής τάσης, για το οποίο προβλέπεται η σύνδεση πολυάριθμων πηγών μικρής δυναμικότητας με μεγάλη ποικιλία στα τεχνικά χαρακτηριστικά οι οποίες συνδέονται στην έξοδό τους με αντιστροφέα πηγής τάσης. Το σύνολο πηγών και φορτίων θα φαίνεται από το υπερκείμενο δίκτυο σαν μια ενιαία οντότητα, αποκαλούμενη και μικροδίκτυο, η οποία θα μπορεί σε περίπτωση προβλήματος στο υπερκείμενο δίκτυο να μεταβαίνει σε αυτόνομη κατάσταση λειτουργώντας σαν αυτορυθμιζόμενη νησίδα, γεγονός που συνεπάγεται αυξημένη αξιοπιστία στην παροχή των καταναλωτών και παράταση της διάρκειας της διεσπαρμένης παραγωγής. Η νησιδοποιημένη λειτουργία ουσιαστικά ανάγεται στον παραλληλισμό των αντιστροφέων πηγής τάσης των διεσπαρμένων μονάδων που έχουν δυνατότητα ελεγχόμενης παραγωγής. Για τον παραλληλισμό των αντιστροφέων χρησιμοποιώντας μόνο τοπικές μετρήσεις, η συχνότητα και το μέτρο της τάσης ελέγχονται στον καθένα αναλογικά κατά αντιστοιχία από την ενεργό και την άεργο ισχύ εξόδου. Λόγω απουσίας αδράνειας στο σχηματιζόμενο AC σύστημα, είναι απαραίτητη η εγκατάσταση συσσωρευτών.

Η διατριβή εστιάζει στην απομονωμένη λειτουργία. Διερευνάται ο τοπικός έλεγχος των μονάδων μέσω των αντιστροφέων τους ώστε να εξασφαλίζεται η ευσταθής λειτουργία. Προτείνονται μέθοδοι ελέγχου ώστε οι τυπικές λειτουργίες του συστήματος, όπως η απόκριση σε μεταβολές του φορτίου ή της τοπικής παραγωγής, να πραγματοποιούνται ομαλά χωρίς να συνοδεύονται από ταλαντώσεις στις ροές ισχύος, γεγονός που μεταφράζεται σε ρύθμιση της τάσης και της συχνότητας. Ο αντιστροφέας στην έξοδο των μονάδων έχει συνέπεια εκτός από την λειτουργία και σε αυτή καθαυτή την μοντελοποίηση για την δυναμική ανάλυση του συστήματος. Για το λόγο αυτό η μεθοδολογία μεταβατικής ευστάθειας για ένα σύστημα με σύγχρονες μηχανές προσαρμόζεται για αυτόνομο σύστημα με αντιστροφείς πηγής τάσης λαμβάνοντας ταυτόχρονα υπόψη την ασυμμετρία του δικτύου χαμηλής τάσης. Έτσι είναι δυνατή η προσομοίωση της δυναμικής συμπεριφοράς του συστήματος, δοκιμάζοντας διάφορες στρατηγικές ελέγχου σε συνάρτηση με τα χαρακτηριστικά μεταβολής ισχύος εξόδου της κάθε πηγής.

Η συμπεριφορά του συστήματος εξαρτάται από το μέτρο και την γωνία των συνθέτων αντιστάσεων που διασυνδέουν τους αντιστροφείς πηγής τάσης καθώς και από τις παραμέτρους ελέγχου κάθε αντιστροφέα που είναι οι αναλογικές σταθερές μεταβολής της συχνότητας και της τάσης των αντιστροφέων από τις ισχείς και η καθυστέρηση κατά την μεταβολή αυτή. Εξετάζονται λοιπόν οι παράγοντες που καθορίζουν τα όρια εντός των οποίων κινούνται οι παράμετροι του ελεγχόμενου συστήματος. Ο έλεγχος της συχνότητας με την ενεργό ισχύ δίνει την δυνατότητα να καθορίζεται η παραγωγή ενεργού ισχύος κάθε μονάδας μόνο από τις παραμέτρους του ελέγχου, ανεξάρτητα από την θέση στο δίκτυο. Μελετάται η επίπτωση που έχει στον έλεγχο ο λόγος αντίσταση προς αντίδραση των γραμμών του δικτύου και προτείνεται μέθοδος για την βελτίωση της απόδοσης του ελέγχου. Η ευστάθεια του συστήματος αναλύεται διεξοδικά θεωρώντας δύο παραλληλισμένους αντιστροφείς εφαρμόζοντας κλασικές μεθόδους της θεωρίας αυτομάτου ελέγχου. Λόγω της ταχείας απόκρισης του αντιστροφέα η δυναμική του δικτύου συμπεριλαμβάνεται στην ανάλυση. Προτείνεται συγκεκριμένη αντιστάθμιση για την βελτίωση της δυναμικής ευστάθειας έτσι ώστε οι προδιαγραφές που ορίζονται για την απόκριση του συστήματος να ικανοποιούνται για το εύρος των αναμενόμενων παραμέτρων του.

Μεγάλο ποσοστό φορτίων στην χαμηλή τάση είναι μη γραμμικά, οπότε αν ο έλεγχος περιοριστεί στην βασική συχνότητα τότε η παραμόρφωση της τάσης μπορεί να αποβεί απαγορευτική για την αυτόνομη λειτουργία. Η προτεινόμενη μέθοδος χρησιμοποιεί έλεγχο της τάσης των ακροδεκτών σε κλειστό βρόχο και πρόσω τροφοδότηση του ρεύματος φορτίου σε κάθε αντιστροφέα πηγής τάσης και έτσι επιτυγχάνεται καλή ποιότητα τάσης και επιμερισμός των αρμονικών μεταξύ των αντιστροφέων ανάλογα με την δυναμικότητά τους. Ο έλεγχος γίνεται στο πεδίο του χρόνου χρησιμοποιώντας στιγμιαίες τιμές και έτσι οι αρμονικές αντιμετωπίζονται συνολικά. Η εφαρμογή του ελέγχου δοκιμάζεται με προσομοιώσεις σε πρόγραμμα ηλεκτρομαγνητικής προσομοίωσης.

(2008) Τσικαλάκης Αντώνιος του Γεωργίου

Συμβολή στον προγραμματισμό λειτουργίας Δικτύων Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας με μεγάλη διείσδυση Διεσπαρμένης και Ανανεώσιμης Παραγωγής και Συσκευών Αποθήκευσης

17/10/2002 – 15/07/2008

Τα Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ) αναδομούνται και η εγκατάσταση μονάδων παραγωγής ολοένα και πιο κοντά στους καταναλωτές αυξάνεται συνεχώς. H παρούσα διδακτορική διατριβής αποτελεί συνεισφορά στον προγραμματισμό λειτουργίας δικτύων διανομής με υψηλή διείσδυση διεσπαρμένης και κυρίως ανανεώσιμης παραγωγής συμπεριλαμβάνοντας διατάξεις αποθήκευσης για χρονικό ορίζοντα μερικών ωρών, αναπτύσσοντας κατάλληλα εργαλεία λογισμικού και τεχνικές ανάλυσης.

Πιο συγκεκριμένα, αναπτύχθηκε μεθοδολογία για την αποτίμηση των αποφευγόμενων ρύπων στο ανάντη δίκτυο λόγω της εγκατάστασης σε αυτό μονάδων Διεσπαρμένης Παραγωγής (ΔΠ). Η συγκεκριμένη μεθοδολογία στηρίζεται στην παρατήρηση ότι η λειτουργία της ΔΠ επηρεάζει τη λειτουργία των τελευταίων εντασσόμενων μονάδων στο ανάντη δίκτυο. Στη συγκεκριμένη μεθοδολογία βασίζεται το λογισμικό το οποίο αναπτύχθηκε για την αποτίμηση της ποσότητας αποφευγόμενων ρύπων λόγω εγκατάστασης Συμπαραγωγής Ηλεκτρισμού και Ενέργειας.

Στη συνέχεια παρουσιάστηκε η δομή του μικροδικτύου, το οποίο ένα δίκτυο διανομής χαμηλής ή μέσης τάσης στο οποίο συνδέονται μονάδες ΔΠ, ελεγχόμενα φορτία και μονάδες αποθήκευσης ώστε αυτό να παρουσιάζεται στο ανάντη δίκτυο ως μία οντότητα. Στη συγκεκριμένη διδακτορική διατριβή παρουσιάζεται η προσέγγιση κεντρικού ελέγχου λειτουργίας και υλοποιήθηκε λογισμικό για την προσομοίωση της. Πιο συγκεκριμένα ο κεντρικός ελεγκτής του μικροδικτύου λαμβάνει υπ’ όψιν τις προσφορές των μονάδων ΔΠ, των καταναλωτών και τους περιορισμούς επάρκειας τροφοδοσίας σε περιπτώσεις σφάλματος στο ανάντη δίκτυο, προκειμένου να βελτιστοποιήσει τη λειτουργία του μικροδικτύου σύμφωνα με τις προτεινόμενες πολιτικές λειτουργίας. Το συγκεκριμένο λογισμικό εφαρμόζεται για διάφορες τιμές της αγοράς, με ρεαλιστικές προσφορές παραγωγών και φορτίων παρέχοντας τη δυνατότητα να συμπεριλαμβάνεται ή όχι ο περιορισμός επάρκειας τροφοδοσίας του μικροδικτύου είτε μόνο στα κρίσιμα φορτία είτε για το σύνολο της ζήτησης. Επιπλέον εξετάζεται η δυνατότητα συμμετοχής του Μικροδικτύου στο εμπόριο ρύπων για περαιτέρω αύξηση των εσόδων του. Η αποτίμηση των αποφευγόμενων ρύπων από αυτήν τη λειτουργία, με τη μεθοδολογία που αναπτύχθηκε σε αυτή τη διατριβή, καταδεικνύει τη σημαντική μείωση των ρύπων που αποφεύγονται αλλά και την ικανοποιητική αύξηση εισοδήματος για τους παραγωγούς-καταναλωτές του μικροδικτύου..

Αναπτύχθηκε επίσης μεθοδολογία για την εκτίμηση της αβεβαιότητας του φορτίου προς κατανομή στις θερμικές μονάδες ενός αυτόνομου ΣΗΕ με υψηλή διείσδυση αιολικής παραγωγής. Η συγκεκριμένη μεθοδολογία βασίζεται σε πιθανοτικές τεχνικές προκειμένου να αξιοποιήσει τα διάφορα επίπεδα γνώσης για την επίδοση των χρησιμοποιούμενων μοντέλων πρόβλεψης φορτίου και ανέμου. Από την εφαρμογή της μεθοδολογίας προκύπτει σημαντική απόκλιση τόσο στο κόστος λειτουργίας όσο και στη δυνατότητα απορρόφησης αιολικής παραγωγής μεταξύ διαφόρων επιπέδων πληροφορίας για το ίδιο μοντέλο πρόβλεψης αιολικής παραγωγής.

Για την προσομοίωση κυκλικής λειτουργίας αποθηκευτικής διάταξης, αναπτύχθηκε σχετικό λογισμικό με παραμέτρους λειτουργίας καθοριζόμενες από το χρήστη. Η εφαρμογή του λογισμικού αυτού τόσο σε περιβάλλον αγοράς όσο και για αυτόνομα συστήματα δείχνει τις πλέον κατάλληλες συνθήκες για την εφαρμογή τέτοιου είδους λειτουργίας. Επιπρόσθετα, αποτιμήθηκε η αξία της ενίσχυσης της στρεφόμενης εφεδρείας σε αυτόνομα ΣΗΕ μέσω διατάξεων αποθήκευσης. Ειδικά για την Κύθνο εξετάστηκε η αξιοποίηση του περιεχομένου μίας μπαταρίας για συνεισφορά στη στρεφόμενη εφεδρεία και την αξιοποίηση αποκοπτόμενης αιολικής παραγωγής. Στη συνέχεια παρουσιάζεται το λογισμικό που αναπτύχθηκε για τον προγραμματισμό λειτουργίας απομονωμένων οικισμών με υψηλή διείσδυση ΑΠΕ, που επιτρέπει την εξομάλυνση της λειτουργίας της εφεδρικής μονάδας. Τέλος, εξετάζεται η επίδραση διαφόρων σχημάτων διαχείρισης ελεγχόμενων φορτίων στη λειτουργία αυτόνομων συστημάτων και παρουσιάζονται θέματα για μελλοντική διερεύνηση.

(2006) Γκαβογιάννης Αθανάσιος του Ευαγγέλου

Συμβολή μεθόδων Μηχανικής Μάθησης στην εκτίμηση Δυναμικής Ασφάλειας Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας

19/12/1995 – 17/07/2006

Οι σύγχρονες εξελίξεις στα Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας, όπως η απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας και η αυξανόμενη απαίτηση για αποδοτικά συστήματα, με υψηλή ποιότητα στην εξυπηρέτηση του φορτίου, απαιτούν την βελτίωση του ελέγχου λειτουργίας τους. Ένα αξιόπιστο και αποτελεσματικό σύστημα θα πρέπει να παρέχει αδιάλειπτα την απαιτούμενη ηλεκτρική ισχύ, μέσα σε προκαθορισμένα όρια τάσης και συχνότητας και να είναι ικανό να αντιμετωπίσει ένα μεγάλο αριθμό προβλεπόμενων διαταραχών, επιδιώκοντας παράλληλα την ελαχιστοποίηση του κόστους λειτουργίας του.

Στην παρούσα διατριβη περιγράφονται οι τεχνικές αναγνώρισης προτύπων με Μηχανές Διανυσμάτων Υποστήριξης και Δίκτυα Ακτινικών Συναρτήσεων Βάσης με χρήση κανονικοποίησης (η οποία βελτιώνει την ακρίβεια των αποτελεσμάτων) και η εφαρμογή τους στη μελέτη της δυναμικής ασφάλειας ενός μεγάλης κλίμακας μοντέλου του Ελληνικού Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας στην περίπτωση διείσδυσης αιολικής παραγωγής στην περιοχή της Θράκης.

Επίσης εφαρμόζονται, η θεωρία της ασαφούς διαμέρισης με χρήση του αλγόριθμου Fuzzy C-Means και των συνδυασμένων Ταξινομητών Διανυσμάτων Υποστήριξης σε ένα μοντέλο του Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας της Κρήτης στην περίπτωση ξαφνικής απώλειας της αιολικής παραγωγής. Ο σκοπός είναι η πρόβλεψη ασφάλειας της δυναμικής λειτουργίας του συστήματος μετά από διαταραχή.

Εξετάζεται η εφαρμογή  Πιθανοτικών Νευρωνικών Δικτύων για Εκτίμηση Δυναμικής Ασφάλειας και αναπτύσσεται μία μέθοδος με την οποία ο αριθμός των πυρήνων του Νευρωνικού Δικτύου εκτιμάται δυναμικά. Παρουσιάζεται η εφαρμογή της off-line επιβλεπόμενης μάθησης της μεθόδου στα δίκτυα της Ελλάδας και της Κρήτης για ταξινόμηση της δυναμικής τους ασφάλειας σε δύο ή περισσότερες κλάσεις. Επίσης εξετάζεται η παράλληλη επεξεργασία ανά κλάση σε ένα δίκτυο υπολογιστών.

Τέλος, η προτεινόμενη μέθοδος εφαρμόζεται στο δίκτυο Κρήτης με on-line επιβλεπόμενη μάθηση. Το κύριο πλεονέκτημα της on-line μεθόδου μάθησης είναι ότι το σύνολο μάθησης δεν χρειάζεται να είναι όλο στη μνήμη, για να παραχθούν οι δομές ταξινόμησης, επειδή κάθε δείγμα επεξεργάζεται σειριακά. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό επειδή επιτρέπει την δυναμική ανανέωση των δομών ταξινόμησης κάθε φορά που ένα δείγμα γίνεται διαθέσιμο.

(2006) Λεωνιδάκη Ειρήνη του Ανδρέα

Συμβολή στην ανάλυση Διατάξεων Ελεγχόμενης Αντιστάθμισης Σειράς Γραμμών Μεταφοράς και στην εύρεση βέλτιστης θέσης εγκατάστασης τους στα Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας

21/11/1994 – 12/12/2006

Το πρώτο μέρος της παρούσας διατριβής επικεντρώνεται σε θέματα ανάλυσης, που αφορούν στη λειτουργία της ελεγχόμενης αντιστάθμισης (Thyristor Controlled Series Compensation –TCSC) καθώς και σε διάφορα φαινόμενα που εμφανίζονται στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας, όπου εγκαθίστανται διατάξεις αντιστάθμισης σειράς. Αναλυτικότερα, προσομοιώνεται η επίδραση των διατάξεων αντιστάθμισης σειράς στο σύστημα κατά την εμφάνιση συμμετρικών και ασύμμετρων σφαλμάτων καθώς και η συμπεριφορά των διατάξεων προστασίας και παράκαμψης των διατάξεων αυτών. Στο πρόγραμμα ΕΜΤΡ (Electromagnetic Transients Program) αναπτύσσεται ψηφιακό μοντέλο TCSC για τον έλεγχο της μεταβλητής σύνθετης αντίστασής του καθώς και μοντέλο ελέγχου του με στόχο την ανίχνευση υποσύγχρονων ταλαντώσεων και απόσβεσής τους. Επίσης, αναπτύσσονται κατάλληλα μοντέλα TCSC και TCPAR (Thyristor Controlled Phase Angle Regulator) για τον έλεγχο της ροής ενεργού ισχύος γραμμών μεταφοράς, παρουσιάζεται ο τρόπος ενσωμάτωσής τους σε υπολογιστικό πακέτο ροής φορτίου και εφαρμόζονται σε μεγάλης κλίμακας μοντέλο του Ελληνικού διασυνδεδεμένου συστήματος ισχύος. Επιπρόσθετα, αναπτύσσεται μεθοδολογία προσδιορισμού των βασικών παραμέτρων σχεδίασης μιας διάταξης TCSC, με βάση την οποία, σχεδιάζεται εργαστηριακό μοντέλο TCSC, το οποίο εγκαθίσταται στο εργαστήριο ΣΗΕ του ΕΜΠ. Επίσης, διερευνώνται οι αρμονικές που δημιουργούνται εντός της διάταξης TCSC και στο σύστημα καθώς και η επίδραση παραμέτρων του TCSC στο μέγεθός τους.

Το δεύτερο μέρος της διατριβής εστιάζεται στο πρόβλημα της εύρεσης βέλτιστης θέσης εγκατάσταση διατάξεων αντιστάθμισης σειράς με στόχο την ενίσχυση της ευστάθειας τάσης του συστήματος μετά από κρίσιμες (Ν-1) διαταραχές του συστήματος. Πιο συγκεκριμένα, αναπτύσσονται οι ακόλουθες μεθοδολογίες:

α) αναπτύσσεται μεθοδολογία εφαρμογής των Δένδρων Απόφασης (ΔΑ) για την εύρεση της βέλτιστης θέσης και ποσοστού αντιστάθμισης σειράς προκειμένου να αυξηθεί το περιθώριο φόρτισης του συστήματος. Πιο λεπτομερώς, παρουσιάζεται ο αλγόριθμος δημιουργίας των συνόλων μάθησης και ελέγχου, τα κριτήρια ταξινόμησης των σημείων λειτουργίας του συστήματος σε ασφαλή/μη ασφαλή και ο τρόπος επιλογής των τελικών ιδιοτήτων των ΔΑ. Επίσης, διερευνάται η επίδραση του αριθμού των ιδιοτήτων και της προσέγγισης στο σημείο μέγιστης μεταφερόμενης ισχύος στην ποιότητα των ΔΑ. Από τα αναπτυχθέντα ΔΑ προκύπτουν όχι μόνο οι κρίσιμες γραμμές για αντιστάθμιση σειράς, αλλά και το ελάχιστο απαιτούμενο ποσοστό αντιστάθμισης αυτών με στόχο την αύξηση του περιθωρίου φόρτισης του συστήματος.

β) εφαρμόζεται η μέθοδος υπολογισμού της ευαισθησίας του περιθωρίου φόρτισης του συστήματος μέχρι την κατάρρευση ως προς τις παραμέτρους του συστήματος, θεωρώντας ως παραμέτρους του συστήματος την επαγωγική αντίδραση των γραμμών μεταφοράς. Ο υπολογισμός των ευαισθησιών βασίζεται στην εύρεση της μικρότερης ιδιοτιμής και του αντίστοιχου αριστερού ιδιοδιανύσματος του Ιακωβιανού πίνακα του εξισώσεων ισορροπίας του συστήματος για φορτίσεις οριακά μικρότερες του σημείου μέγιστης μεταφερόμενης ισχύος. Με τον τρόπο αυτό είναι δυνατή η ταξινόμηση όλων των γραμμών μεταφοράς ως προς την κρισιμότητά τους για την ευστάθειας τάσης του συστήματος.

Η σύγκριση των αποτελεσμάτων των δύο μεθοδολογιών από την εφαρμογή τους στο Ελληνικό διασυνδεδεμένο σύστημα μεταφοράς, μετά από κρίσιμες (Ν-1) διαταραχές, οδηγεί στην επιλογή των ίδιων κρίσιμων γραμμών μεταφοράς. Επιπρόσθετα, χρήσιμα συμπεράσματα προκύπτουν και από τη σύγκριση  των δύο μεθοδολογιών, από την οποία αναδεικνύονται τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της καθεμιάς.

(2006) Δημέας Άρης-Ευάγγελος του Λέανδρου-Καρόλου

Συμβολή στον Κατανεμημένο Έλεγχο Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας με Μονάδες Διεσπαρμένης Παραγωγής στην Χαμηλή Τάση

26/11/2001 – 25/07/2006

Η Διατριβή αυτή  πραγματεύεται την αρχιτεκτονική του ευφυούς πράκτορα λογισμικού με σκοπό τον έλεγχο ενός μικροδίκτυο. Ο ευφυής πράκτορας είναι μία οντότητα λογισμικού που έχει δύο βασικές ιδιότητες, αυτήν της ευφυΐας αλλά και της ικανότητας για κοινωνική συμπεριφορά δηλαδή να επικοινωνεί με άλλους πράκτορες.

Τα μικροδίκτυα είναι ένα νέο είδος συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας που στο μέλλον αναμένεται να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο. Τα μικροδίκτυα αποτελούνται από μικρές μονάδες παραγωγής όπως μικροτουρμπίνες ή φωτοβολταϊκά σε συνδυασμό με μέσα αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας (μπαταρίες, σφόνδυλοι) αλλά και ελεγχόμενα φορτία. Τα παραπάνω λειτουργούν στην χαμηλή τάση, είτε συνδεδεμένα με το κεντρικό δίκτυο παραγωγής ισχύος είτε αποσυνδεδεμένα από το κεντρικό δίκτυο σχηματίζοντας μία νησίδα. Το βασικό χαρακτηριστικό των μικροδικτύων είναι ότι μπορούν να λειτουργούν με ελεγχόμενο τρόπο.

Για τον έλεγχο των μικροδικτύων εισάγουμε την έννοια της πολυεπίπεδης μάθησης όπου η διαχείριση της γνώσης χωρίζεται σε πολλαπλά επίπεδα. Οι λειτουργίες του πράκτορα ομαδοποιούνται σε τρία επίπεδα. Το πρώτο επίπεδο αφορά τις τοπικές καθαρά λειτουργίες του πράκτορα σε σχέση με την μονάδα ή το φορτίο που ελέγχει. Το επόμενο επίπεδο αφορά απλές πράξεις και ενέργειας που απαιτούν όμως την συμμετοχή πλέον του ενός πράκτορες ενώ στο τελευταίο επίπεδο το σύνολο των πρακτόρων καλείται να λειτουργήσει σαν ομάδα προκειμένου να φέρει εις πέρας τους πραγματικούς στόχους του συστήματος.

Αρχικά δίδεται μία σύντομη περιγραφή της τεχνολογίας των συστημάτων πολλαπλών πρακτόρων καθώς επίσης και αναφορά στο θέμα της πολυεπίπεδης μάθησης. Επιπλέον δίδονται κάποια βασικά στοιχεία της αρχιτεκτονικής του πράκτορα.

Στην συνέχεια παρουσιάζεται το πρώτο επίπεδο της πολυεπίπεδης μάθησης και περιγράφονται κάποιες από τις λειτουργίες που μπορεί να επιτελέσει ο πράκτορας τοπικά. Οι λειτουργίες αυτές πρακτικά είναι πάρα πολλές και για αυτόν τον λόγο δίδεται βαρύτητα στις ανάγκες του εργαστηριακού μικροδικτύου και για την ακρίβεια στις μπαταρίες και στον έλεγχο των φορτίων.

Μετά το πρώτο επίπεδο μάθησης ακολουθεί το δεύτερο επίπεδο και για την ακρίβεια περιγράφονται μέθοδοι με τις οποίες δύο ή περισσότεροι πράκτορες συντονίζονται με σκοπό να φέρουν εις πέρας ένα συγκεκριμένο στόχο. Στο επίπεδο αυτό η βασική απαίτηση για το αποτέλεσμα είναι να είναι σωστό αλλά και βέλτιστο. Δεδομένου ότι δεν θεωρούμε ακόμη στοχαστικό περιβάλλον η ορθότητα της λύσης είναι μονόδρομος οπότε και οι αλγόριθμοι που θα χρησιμοποιηθούν πρέπει να την εξασφαλίζουν.

Στο τρίτο και τελευταίο επίπεδο της μάθησης πολλαπλών επιπέδων οι πράκτορες καλούνται να ολοκληρώσουν τους πραγματικούς στόχους του συστήματος, είτε πρόκειται για την συμμετοχή στην αγορά ενέργειας είτε για τον έλεγχο σε κατάσταση απομονωμένης λειτουργίας από το κεντρικό δίκτυο. Οι γνώσεις τους αλλά και βασικές δυνατότητες για εκτέλεση διαφόρων πράξεων προέρχεται από το προηγούμενα επίπεδα της οργάνωσης. Στο επίπεδο αυτό γίνεται χρήση ενός αλγορίθμου που βασίζεται στην θεωρία της ενισχυτικής μάθησης για περιβάλλον πολλαπλών πρακτόρων.

Τέλος γίνεται μία αναφορά σε πρακτικά θέματα του ελέγχου των μικροδικτύων και κυρίως σε εφαρμογές πληροφορικής. Ο ενδιάμεσος κρίκος μεταξύ του κλασικού κεντρικού ελέγχου και των συστημάτων ευφυών πρακτόρων είναι τα κατανεμημένα SCADA σε περιβάλλον διαδικτύου. Ως σκοπός της αναφοράς αυτής είναι να παρουσιάσει βασικές τεχνικές λεπτομέρειες των SCADA αλλά και της συστημάτων υλοποίησης πολλαπλών ευφυών πρακτόρων.

(2005) Μοσχάκης Μάριος του Νικολάου

Συμβολή στη στοχαστική εκτίμηση και αντιμετώπιση Βυθίσεων Τάσης

21/12/1998 – 08/03/2005

(2005) Κανέλλος Φώτης του Δημητρίου

Συμβολή στην Προσομοίωση και Αναγνώριση Ανεμογεννητριών με Ασύγχρονη Γεννήτρια για την δημιουργία μειωμένης τάξης ισοδύναμων μοντέλων

21/12/1998 – 09/12/2005

(2004) Τσιρέκης Κωνσταντίνος του Δημητρίου

Συμβολή στην μείωση των Μεταβατικών Φαινομένων κατά την Ελεγχόμενη Ζεύξη και Αποζευξη Εγκάρσιων Πηνίων και Πυκνωτών Υψηλής Τάσης

21/11/1994 – 18/05/2004

(2004) Παπαδόγιαννης Κυριάκος του Αντωνίου

Συμβολή στην βέλτιστη Κατανομή Επικουρικών Υπηρεσιών Συχνότητας και Τάσης σε περιβάλλον Ελεύθερης Αγοράς με την βοήθεια μεθόδων Αυτόματης Μάθησης και Μεταευρετικών Αλγορίθμων

21/12/1998 – 28/05/2004

(2003) Καραπιδάκης Εμμανουήλ του Στυλιανού

Συμβολή Υπολογιστικής Νοημοσύνης στην εκτίμηση Δυναμικής Ασφάλειας Αυτόνομων Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας σε πραγματικό χρόνο

22/01/1998 – 18/11/2003

(2001) Λορέντζου Μαρία του ΙωάννηToggle Title

Συμβολή στην Μοντελοποίηση και Ανάλυση της Μεταβατικής Συμπεριφοράς Συστημάτων Γειώσεων

19/12/1995 – 26/11/2001

(2000) Γεωργιλάκης Παύλος του Στυλιανού

Συμβολή μεθόδων Τεχνητής Νοημοσύνης στην μείωση των Απωλειών Κενού Φορτίου Μετασχηματιστών Διανομής

19/12/1995 – 13/04/2000

(1997) Φούντας Νικόλαος του Νικολάου

Μέθοδοι Υλοποίησης και Ελέγχου Σηματοδοσίας για Δίκτυα Ευρείας Ζώνης

02/04/1992 – 19/02/1997

(1986) Καρακατσάνης Θεόκλητος

Συμβολή της πιθανοτικής ροής φορτίου στον έλεγχο λειτουργίας των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας

1981-1986