Ανάπτυξη αλγορίθμου διαχείρισης ενέργειας σε συστήματα διανομής

Abstract

Τα περιβαλλοντικά προβλήματα που έχουν έρθει στο προσκήνιο ως άμεση συνέπεια της κλιματικής αλλαγής έχουν φέρει μέτρα περιορισμού σε παγκόσμιο επίπεδο καθώς και στην Ευρωπαϊκή Ένωση (ΕΕ). Μια από τις στρατηγικές που ακολουθείται σε επίπεδο ευρωπαϊκής ένωσής είναι η στροφή για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε «καθαρότερες» πηγές. H ενσωμάτωση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ΑΠΕ), όπως φωτοβολταϊκά και ανεμογεννήτριες, στο ενεργειακό μείγμα συμβάλει στην μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου και κατ’ επέκταση στο περιορισμό των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής. Για τον σκοπό αυτό, η προώθηση των ΑΠΕ αποτελεί κύριο μέλημα της ΕΕ, στοχεύοντας στην περαιτέρω ενσωμάτωση τους σε στέγες οικιακών κτιρίων μετατρέποντας τους παραδοσιακούς καταναλωτές σε καταναλωτές-παραγωγούς. Ωστόσο, η υψηλή διείσδυση αυτών των μονάδων δημιουργεί προκλήσεις στην λειτουργία του δικτύου διανομής. Συγκεκριμένα, η μεταβαλλόμενη, μη ελεγχόμενη παραγωγή των ΑΠΕ, αναμένεται να δημιουργήσει ανισορροπίες μεταξύ παραγωγής και ζήτησης, επιβαρύνοντας την λειτουργία του δικτύου. Η συμφόρηση του δικτύου, αντίστροφη ροή ισχύος και η παραβίαση των τεχνικών ορίων όπως είναι αυτών της τάσης είναι κάποια από τα κύρια ζητήματα που αναμένεται να επιβαρύνουν την λειτουργία του δικτύου. H εφαρμογή συστημάτων ενεργειακής διαχείρισης θα μπορούσε να συνεισφέρει στην εξισορρόπηση της διαφοράς μεταξύ της παραγωγής και ζήτησης για την αποφυγή δυσμενών καταστάσεων. Σε αυτό το πλαίσιο, η παρούσα διπλωματική εργασία, υλοποιεί ένα κεντρικό σύστημα ενεργειακής διαχείρισης για ένα δίκτυο διανομής χαμηλής τάσης με αυξημένη διείσδυση παραγωγών-καταναλωτών. Το προτεινόμενο σύστημα διαχειρίζεται την λειτουργία τόσο του συστήματος αποθήκευσης με μπαταρίες όσο και των ευέλικτων συσκευών κάθε οικίας του δικτύου. Στόχος της μελέτης είναι να προσδιορίσει τον βέλτιστο ρυθμό φόρτισης και αποφόρτισης της μπαταρίας και την βέλτιστη ώρα εκκίνησης των ευέλικτων συσκευών για κάθε οικία του δικτύου, λαμβάνοντας υπόψη και την άνεση του χρήστη. Σε αυτή την προσέγγιση έχουν τεθεί 3 συναρτήσεις στόχου. Η πρώτη αφορά την μείωση των απωλειών ενεργού ισχύος στο δίκτυο, η δεύτερη στην μείωση της συμφόρησης του δικτύου και η τρίτη την μείωση του λειτουργικού κόστους των παραγωγών/καταναλωτών του δικτύου. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν συγκρίνονται τόσο ως προς την λειτουργία του δίκτυού όσο και ως προς το κόστος ηλεκτρικής ενέργειας του κάθε χρήστη. Τέλος, αναγνωρίζοντας την αδυναμία κάποιου στόχου να παρέχει ταυτόχρονα μια οικονομική ως προς τους παραγωγούς/καταναλωτές που συνεισφέρει στην βέλτιστη λειτουργία του δικτύου διανομής, προτείνεται ένα μοντέλο συνδυασμού των οικονομικών και τεχνικών στόχων του δικτύου παρέχοντας ένα σύνολο διαφορετικών ενεργειακών προγραμμάτων (paretopareto) που αντισταθμίζουν την απόκλιση μεταξύ των βέλτιστων λύσεων αυτών των προσεγγίσεων.