Έλεγχος και Ευστάθεια Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας

Σκοπός του παρόντος βιβλίου είναι να διερευνήσει τη λειτουργία των Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ) υπό την επίδραση διαταραχών. Καλύπτει την ύλη του μαθήματος «Έλεγχος και Ευστάθεια ΣΗΕ», που διδάσκεται στους φοιτητές του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Η λειτουργία των ΣΗΕ στη μόνιμη κατάσταση είναι αντικείμενο άλλου μαθήματος.
Η έννοια του συστήματος προσδιορίζει τον τρόπο ανάπτυξης των θεμάτων με έμφαση στην ποιοτική και φυσική κατανόηση των προβλημάτων και των λύσεών τους, ώστε να γίνουν κατανοητά τα λειτουργικά χαρακτηριστικά των ΣΗΕ. Το βιβλίο καλύπτει κλασσικά και σύγχρονα θέματα που συναντώνται στη μελέτη και εξάσκηση της επιστήμης του ηλεκτρολόγου μηχανικού, γι’ αυτό είναι χρήσιμο για νέους αλλά και έμπειρους ηλεκτρολόγους μηχανικούς.
Ιδιαίτερη προσπάθεια κατεβλήθη να παρουσιασθούν για πρώτη φορά σε προπτυχιακό επίπεδο τα σύγχρονα θέματα ελέγχου της πραγματικής και της αέργου ισχύος με τη χρήση μετατροπέων, που χρησιμοποιούν διακοπτικά στοιχεία στερεάς κατάστασης. Η αξιοποίηση αυτών των μετατροπέων οδήγησε στην τάση για ανάπτυξη των «Αποδοτικότερων Δικτύων Μεταφοράς» και των «Ευέλικτων Συστημάτων Διανομής». Αν και η έμφαση του βιβλίου είναι στην κατανόηση και ανάλυση των βασικών προβλημάτων στα ΣΗΕ, επειδή το μέγεθος των ΣΗΕ απαιτεί για την επίλυση των πραγματικών προβλημάτων τους ευρεία χρήση Ηλεκτρονικού Υπολογιστή (Η/Υ), απαραίτητο συμπλήρωμα στην ανάπτυξη των θεμάτων είναι η περιγραφή της μεθοδολογίας ανάλυσης των ΣΗΕ με Η/Υ. Με ιδιαίτερη προσοχή επελέγησαν τα αριθμητικά Παραδείγματα, που αποτελούν απαραίτητο συμπλήρωμα στην κατανόηση των θεμάτων που αναπτύσσονται. Προς την κατεύθυνση αυτή συμβάλλει σημαντικά και η επίλυση των Προβλημάτων (υπάρχουν οι απαντήσεις τους) που συνοδεύουν τα κεφάλαια.
Η ύλη του βιβλίου περιλαμβάνει επτά κεφάλαια.
Μετά τη σύντομη εισαγωγή του κεφαλαίου 1 εξετάζονται τα συστήματα ελέγχου πραγματικής ισχύος – συχνότητας και αέργου ισχύος-τάσης στα κεφάλαια 2 και 3 αντίστοιχα. Για την ανάλυση και σχεδίασή τους αξιοποιήθηκαν κλασσικές αλλά και σύγχρονες μεθοδολογίες ελέγχου. Η χρήση μετατροπέων με διακοπτικά στοιχεία στερεάς κατάστασης για τον έλεγχο της ροής πραγματικής και αέργου ισχύος περιγράφεται σε αυτά τα κεφάλαια.
Το κεφάλαιο 4 ασχολείται με τη μεταβατική ευστάθεια των ΣΗΕ. Το κριτήριο των ίσων εμβαδών χρησιμοποιείται για τη διασαφήνιση της έννοιας της μεταβατικής ευστάθειας, ενώ αναπτύσσεται ο αλγόριθμος επίλυσης της μεταβατικής ευστάθειας μεγάλων ΣΗΕ.
Η διαδικασία με την οποία αποκτούμε την καλύτερη εκτίμηση των μεταβλητών κατάστασης των ΣΗΕ, χρησιμοποιώντας μετρήσεις που γνωρίζουμε ότι έχουν λάθη και είναι πλεονασματικές, γνωστή ως εκτίμηση κατάστασης αναπτύσσεται στο κεφάλαιο 5.
Η έννοια των Αποδοτικότερων Δικτύων Μεταφοράς και των Ευέλικτων Συστημάτων Διανομής καθώς και οι συσκευές με τις οποίες επιτυγχάνεται η δημιουργία τους περιγράφονται στο κεφάλαιο 6.
Τα ποικίλα τεχνοοικονομικά προβλήματα από την απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας, οι θετικές και αρνητικές επιπτώσεις και οι παράγοντες που θα τις διαμορφώσουν, σύμφωνα με τις διεθνείς εμπειρίες, παρουσιάζονται σύντομα στο κεφάλαιο 7.

Περιεχόμενα

Κεφάλαιο 1
ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Κεφάλαιο 2
ΕΛΕΓΧΟΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΗΣ ΙΣΧΥΟΣ – ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ

1. Εισαγωγή
2. Κέντρο κατανομής φορτίου
3. Δομή ψηφιακού συστήματος
4. Έλεγχος αυτόματης παραγωγής σε ηλεκτρικά συστήματα
5. Λειτουργία χωρίς κεντρικό έλεγχο
6. Δυναμική αλληλεπίδραση μεταξύ βρόχων p– f και Q–V
7. Δυναμικές μεταβλητές κατάστασης διαφορών
8. Αυτόματος έλεγχος φορτίου – συχνότητας γεννητριών
9. Μαθηματικό μοντέλο του ρυθμιστή ταχύτητας
10. Μαθηματικό μοντέλο του στροβίλου
11. Διαίρεση φορτίου μεταξύ γεννητριών
12. Διαίρεση του συστήματος σε περιοχές ελέγχου
13. Ισορροπία μεταβολών ισχύος σε περιοχή ελέγχου
14. Σχηματική παράσταση της περιοχής ελέγχου
15. Έλεγχος ισχύος – συχνότητας απομονωμένης περιοχής ελέγχου
16. Εντολή ελέγχου ΔP_c=0
17. Εντολή ελέγχου ΔP_c διάφορο του 0
18. Σύστημα δυο περιοχών ελέγχου
19. Νέα μόνιμη κατάσταση συστήματος δυο περιοχών με ΔP_c1=ΔP_c2=0
20. Χρονική απόκριση συστήματος δυο περιοχών με ΔP_c1=ΔP_c2=0
21. Σύστημα δυο περιοχών ελέγχου με ΔP_c διάφορο του 0
22. Έλεγχος p–f για σύστημα n-περιοχών ελέγχου
23. Βέλτιστη ρύθμιση παραμέτρων
24. Κατανομή της παραγωγής στις γεννήτριες
25. Βέλτιστος έλεγχος ΣΗΕ
26. Μοντέλο μεταβλητών κατάστασης για σύστημα δυο περιοχών
27. Βέλτιστη στρατηγική ελέγχου
28. Περίληψη
    Προβλήματα
    Αναφορές

Κεφάλαιο 3
ΕΛΕΓΧΟΣ ΑΕΡΓΟΥ ΙΣΧΥΟΣ – ΤΑΣΗΣ

1. Εισαγωγή
2. Σύστημα ελέγχου τάσης γεννητριών
3. Διάγραμμα αυτόματου ρυθμιστή τάσης γεννητριών
4. Απλή παράσταση γεννήτριας
5. Κύκλωμα σταθεροποίησης του ρυθμιστή τάσης
6. Καμπύλες λειτουργίας σύγχρονης γεννήτριας
7. Καμπύλες γεννήτριας Q–V
8. Εξάρτηση της τάσης ζυγών από την άεργο ισχύ
9. Μέθοδοι ελέγχου της τάσης ζυγών
10. Χωρητική αντιστάθμιση σειράς
11. Εγκάρσια χωρητική και επαγωγική αντιστάθμιση
12. Σύγχρονος αντισταθμιστής
13. Έλεγχος της τάσης με μετασχηματιστή
14. Αστάθεια τάσης
15. Περίληψη
    Προβλήματα
    Αναφορές

Κεφάλαιο 4
ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΉ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

1. Εισαγωγή
2. Συγχρονισμός γεννήτριας σε άπειρο ζυγό
3. Απλό σύστημα δυο μηχανών
4. Ορισμοί και επεξήγηση των όρων
5. Τύποι αστάθειας
6. Μεταβατική ευστάθεια – Βασικές έννοιες
7. Εξίσωση ταλάντωσης
8. Μεταβατική ισχύς στροβίλου
9. Μεταβατική ηλεκτρική έξοδος της γεννήτριας
10. Απλή παράσταση σύγχρονης γεννήτριας
11. Μέθοδοι μελέτης μεταβατικής ευστάθειας
12. Κριτήριο ίσων εμβαδών για μεταβατική ευστάθεια
13. Αλλες εφαρμογές του κριτηρίου των ίσων εμβαδών
14. Αριθμητική επίλυση των εξισώσεων ταλάντωσης (έμμεση λύση)
15. Μελέτη μεταβατικής ευστάθειας με τη βοήθεια υπολογιστών
16. Διάγραμμα ροής για την επίλυση του προβλήματος
17. Αποτελέσματα με χρήση υπολογιστή
18. Παράγοντες που επηρεάζουν τη μεταβατική ευστάθεια
19. Επίδραση των συστημάτων ελέγχου συχνότητας και τάσης στη μεταβατική ευστάθεια
20. Επίδραση του βρόχου ελέγχου συχνότητας
21. Επίδραση του βρόχου ελέγχου τάσης
22. Σχέση μεταξύ τάσης διέγερσης και τερματικής τάσης
23. Συγκέντρωση των εξισώσεων
24. Περίληψη
    Προβλήματα
    Αναφορές

Κεφάλαιο 5
ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ

1. Εισαγωγή
2. Εκτιμητής κατάστασης από τη ροή ισχύος γραμμών
3. Γενικές παρατηρήσεις
4. Δείκτης συμπεριφοράς για μετρήσεις με θόρυβο
5. Παρακολούθηση του συστήματος
6. Εντοπισμός εσφαλμένων δεδομένων
7. Προσδιορισμός του Σ_ν για την κανονικοποίηση των μετρήσεων
8. Βελτίωση της εκτίμησης κατάστασης με την πρόσθεση μετρήσεων
9. Περίληψη
   Προβλήματα
   Αναφορές

Κεφάλαιο 6
ΑΠΟΔΟΤΙΚΟΤΕΡΑ ΔΙΚΤΥΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΚΑΙ ΕΥΕΛΙΚΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΔΙΑΝΟΜΗΣ

1. Εισαγωγή
2. Δράση των ηλεκτρονικών ελεγκτών ισχύος στα facts
3. Διαταραχές που επηρεάζουν την ποιότητα ισχύος
4. Εξοπλισμός για τη δημιουργία ευέλικτων συστημάτων διανομής
5. Διακοπτικός εξοπλισμός στερεάς κατάστασης
6. Εγκάρσιοι και σειριακοί ρυθμιστές
7. Μελλοντικές τάσεις και προοπτικές
   Αναφορές

Κεφάλαιο 7
ΑΠΕΛΕΥΘΕΡΩΣΗ ΤΗΣ ΑΓΟΡΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ: ΔΙΕΘΝΕΙΣ ΕΜΠΕΙΡΙΕΣ

1. Εισαγωγή
2. Μορφές απελευθέρωσης της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας
3. Απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας στις ΗΠΑ
4. Απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας στη Βρετανία
5. Απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας στη Νορβηγία
6. Προβλήματα και επιπτώσεις από την απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρισμού
7. Απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας στην Ελλάδα
8. Συμπεράσματα
9. Η βιομηχανία ηλεκτρισμού τον 21ο αιώνα
10. Περίληψη
    Αναφορές