Προσδιορισμός της θέσης και της αντίστασης σφάλματος σε γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με την εύρεση της θέσης σφάλματος καθώς και την αντίσταση του σφάλματος σε γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Η πολυπλοκότητα των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας, έχει δημιουργήσει την ανάγκη για εξυπνότερους και πιο αποτελεσματικούς τρόπους ανάλυσης και προσδιορισμού του σφάλματος σε γραμμές μετάδοσης ώστε οι μηχανικοί συντήρησης να διορθώνουν το πρόβλημα όσο το δυνατόν πιο άμεσα. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται εισαγωγή στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας και αναφορά στις βασικές έννοιες αυτών. Ακολουθεί αναφορά στην δομή των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας και ανάλυση των επιμέρους αυτών συστημάτων, όπως το σύστημα παραγωγής, το σύστημα μεταφοράς, το σύστημα διανομής και το φορτίο. Στην συνέχεια περιγράφονται τα συστήματα προστασίας έναντι των βραχυκυκλωμάτων και στο τέλος παραθέτονται οι λόγοι που πρέπει να μεταβούμε από ένα συμβατικό ηλεκτρικό σύστημα σε ευφυή ηλεκτρικά δίκτυα. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται ανάλυση όλων των βραχυκυκλωμάτων που εμφανίζονται στις γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας καθώς και την επίδραση που έχουν στην ποιότητα ισχύος και στο δίκτυο διανομής. Στην ανάλυση των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας είναι αναγκαία η ύπαρξη μοντέλων γραμμών μεταφοράς ανάλογα με τον μετασχηματιστή, το μήκος της γραμμής και το φορτίο. Στo τρίτο κεφάλαιο, αρχικά γίνεται ανάλυση για την έννοια του φασιθέτη καθώς και της μονάδας μέτρησης φασιθετών (PMU). Μετέπειτα αναλύεται η τυπική δομή μιας μονάδας PMU. Στο τέλος παρουσιάζονται οι εφαρμογές που έχουν τα PMU όπως η εκτίμηση παραμέτρων των γραμμών μεταφοράς και θέσης σφάλματος. Στο τέταρτο κεφάλαιο, δεδομένου ότι με το πέρασμα των ετών τα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας μεγαλώνουν ολοένα και περισσότερο, έχει προκύψει η ανάγκη για αποδοτικότερους και ταχύτερους αλγορίθμους εκτίμησης κατάστασης. Η ανάλυση παρατηρησιμότητας είναι απαραίτητη, προκειμένου να ελέγξουμε αν τα δεδομένα του αλγορίθμου εκτίμησης κατάστασης είναι επαρκή, ούτως ώστε ο αλγόριθμος να μπορεί να επιλυθεί. Σε περίπτωση που ένα σύστημα δεν είναι παρατηρήσιμο, τότε πρέπει να αποκατασταθεί η παρατηρησιμότητα, για να δώσει λύση ο εκτιμητής κατάστασης και να λάβουμε τους παραστατικούς μιγαδικούς των τάσεων των ζυγών. Μετέπειτα, αναλύεται εκτενώς ο γενικευμένος ζυγός, με την αναγραφή όλων των θεωρητικών εξισώσεων και των μητρών. Στο πέμπτο κεφάλαιο, παρουσιάζεται αναλυτικά η πιο διαδεδομένη μέθοδος βέλτιστης επίλυσης του προβλήματος με χρήση του αλγόριθμου εκτίμησης κατάστασης σταθμισμένων ελαχίστων τεραγώνων, όπου το διάνυσμα κατάστασης το εκφράζουμε με πολικές συντεταγμένες, ενώ οι μετρήσεις ρεύματος γραμμών των PMUs εκφράζονται σε καρτεσιανές συντεταγμένες. Στην συνέχεια πραγματοποιήθηκαν προσομοιώσεις του προτεινόμενου εκτιμητή κατάστασης με σκοπό την εύρεση της θέσης και της αντίστασης σφάλματος. Τέλος σε κάθε δοκιμή, στο τέλος της επαναληπτικής διαδικασίας, υπολογίστηκαν τα σφάλματα εκτίμησης από τα οποία φαίνεται πόσο αποκλίνει το εκτιμώμενο διάνυσμα κατάστασης από το πραγματικό.