1. Βέλτιστη τοποθέτηση μονάδων μέτρησης φασιθετών και συγκεντρωτών συγχρονισμένων δεδομένων σε έξυπνα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας
Σήμερα, παράλληλα με τις εξελίξεις στην τεχνολογία των μονάδων μέτρησης φάσεων (PMU), πολλές χώρες και πάροχοι ηλεκτρικής ενέργειας κατασκευάζουν το δικό τους σύστημα μέτρησης που βασίζεται στις μονάδες αυτές. Αυτό το σύστημα μέτρησης ονομάζεται σύστημα μέτρησης ευρείας περιοχής (WAMS). O όρος σύστημα μέτρησης ευρείας περιοχής χρησιμοποιείται για ένα σύνολο σύγχρονων συσκευών ψηφιακών μετρήσεων με το απαιτούμενο σύστημα επικοινωνιών. Οι συγκεντρωτές συγχρονισμένων δεδομένων (PDC) συλλέγουν τα μετρητικά δεδομένα που προέρχονται από τις συσκευές PMUs και τα οργανώσουν βάσει μιας χρονικής σήμανσης που σχετίζεται με το παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού θέσης (GPS). Σκοπός αυτής της διπλωματικής είναι η δημιουργία ενός αλγορίθμου για βέλτιστη τοποθέτηση μονάδων μέτρησης φασιθετών και συγκεντρωτών συγχρονισμένων δεδομένων σε έξυπνα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας.
[1] J. De La Ree, V. Centeno, J. S. Thorp and A. G. Phadke, "Synchronized Phasor Measurement Applications in Power Systems," in IEEE Transactions on Smart Grid, vol. 1, no. 1, pp. 20-27, June 2010, doi: 10.1109/TSG.2010.2044815.
[2] M. Zima, M. Larsson, P. Korba, C. Rehtanz and G. Andersson, "Design Aspects for Wide-Area Monitoring and Control Systems," in Proceedings of the IEEE, vol. 93, no. 5, pp. 980-996, May 2005, doi: 10.1109/JPROC.2005.846336.
[3] N. M. Manousakis, G. N. Korres and P. S. Georgilakis, "Taxonomy of PMU Placement Methodologies," in IEEE Transactions on Power Systems, vol. 27, no. 2, pp. 1070-1077, May 2012, doi: 10.1109/TPWRS.2011.2179816.
[4] J. S. Bhonsle and A. S. Junghare, "An optimal PMU-PDC placement technique in wide area measurement system," 2015 International Conference on Smart Technologies and Management for Computing, Communication, Controls, Energy and Materials (ICSTM), Avadi, India, 2015, pp. 401-405, doi: 10.1109/ICSTM.2015.7225450.
[5] F. H. Fesharaki, R. A. Hooshmand and A. Khodabakhshian, “A new method for simultaneous optimal placement of PMUs and PDCs for maximizing data transmission reliability along with providing the power system observability,” Electric Power Systems Research, vol. 100, pp. 43–54, Jul. 2013, doi: 10.1016/j.epsr.2013.02.009.
2. Ανθεκτικότητα συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας έναντι καιρικών φαινομένων
Τα ακραία καιρικά φαινόμενα είναι μία από τις κύριες αιτίες μεγάλων διακοπών ρεύματος στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας. Το μεταβαλλόμενο κλίμα έχει οδηγήσει σε αύξηση της συχνότητας και της σοβαρότητας αυτών των συμβάντων, τα οποία, αν δεν μετριαστούν, αναμένεται να οδηγήσουν σε περισσότερες περιπτώσεις εκτεταμένων διακοπών και σοβαρών κοινωνικών και οικονομικών ζημιών που θα προκύψουν. Η προστασία του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας από τέτοια γεγονότα, τα οποία έχουν υψηλή επίπτωση αλλά χαμηλή συχνότητα, απαιτεί αλλαγή στις πρακτικές σχεδιασμού του δικτύου. Σκοπός αυτής της διπλωματικής είναι η ενίσχυση της ανθεκτικότητας του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας έναντι ακραίων καιρικών φαινομένων τα οποία αποτελούν συμβάντα μικρής πιθανότητας αλλά μεγάλων επιπτώσεων.
[1] M. Panteli, D. N. Trakas, P. Mancarella and N. D. Hatziargyriou, "Power Systems Resilience Assessment: Hardening and Smart Operational Enhancement Strategies," in Proceedings of the IEEE, vol. 105, no. 7, pp. 1202-1213, July 2017, doi: 10.1109/JPROC.2017.2691357.
[2] J. Lu, J. Guo, Z. Jian, Y. Yang and W. Tang, "Dynamic Assessment of Resilience of Power Transmission Systems in Ice Disasters," 2018 International Conference on Power System Technology (POWERCON), Guangzhou, China, 2018, pp. 7-13, doi: 10.1109/POWERCON.2018.8601802.
[3] T. C. Ly, J. N. Moura and G. Velummylum, "Assessing the Bulk Power System's resource resilience to future extreme winter weather events," 2015 IEEE Power & Energy Society General Meeting, Denver, CO, USA, 2015, pp. 1-4, doi: 10.1109/PESGM 2015.7286527.
[4] O. S. Omogoye, K. A. Folly and K. O. Awodele, "Review of Proactive Operational Measures for the Distribution Power System Resilience Enhancement Against Hurricane Events," 2021 Southern African Universities Power Engineering Conference/Robotics and Mechatronics/Pattern Recognition Association of South Africa (SAUPEC/RobMech/PRASA), Potchefstroom, South Africa, 2021, pp. 1-6, doi: 10.1109/SAUPEC/RobMech/PRASA52254.2021.9377252.
[5] M. Panteli and P. Mancarella, "Modeling and Evaluating the Resilience of Critical Electrical Power Infrastructure to Extreme Weather Events," in IEEE Systems Journal, vol. 11, no. 3, pp. 1733-1742, Sept. 2017, doi: 10.1109/JSYST.2015.2389272.
3. Ανθεκτικότητα συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας έναντι σεισμών
Μια φυσική καταστροφή αναφέρεται σε ένα έκτακτο φυσικό γεγονός που ξεπερνά τις ανθρώπινες προσδοκίες και τον έλεγχο. Οι φυσικοί κίνδυνοι, όπως σεισμοί, ηφαίστεια και τσουνάμι, αποτελούν μια σημαντική απειλή για τις ανθρώπινες ζωές και δραστηριότητες, με τη δυνατότητα να αλλάξουν μόνιμα τον τρόπο ζωής τους. Καθ' όλη τη διάρκεια της ύπαρξης ενός ατόμου, είναι αναπόφευκτο ότι θα αντιμετωπίσει έναν ελάχιστο εγγενή κίνδυνο που θα επηρεάσει τη ζωή του. Η εμφάνιση σεισμών στην Ελλάδα θεωρείται μια από τις κύριες φυσικές καταστροφές. Η διπλωματική αυτή εργασία εστιάζει στις επιπτώσεις που προκύπτουν από τη σεισμική δραστηριότητα. Πιο συγκεκριμένα, μελετάται η ανθεκτικότητα της υποδομής ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας σε περίπτωση σεισμού λαμβάνοντας υπόψη τη σεισμικότητα μιας περιοχής και το μέγεθος ενός σεισμού.
[1] PITILAKIS, K., ALEXOUDI, M., ARGYROUDIS, S., ANASTASIADIS, A. (2006). SEISMIC RISK SCENARIOS FOR AN EFFICIENT SEISMIC RISK MANAGEMENT: THE CASE OF THESSALONIKI (GREECE). In: Wasti, S.T., Ozcebe, G. (eds) Advances in Earthquake Engineering for Urban Risk Reduction. Nato Science Series: IV: Earth and Environmental Sciences, vol 66. Springer, Dordrecht. https://doi.org/10.1007/1-4020-4571-9_15
[2] Kaviris, G.; Zymvragakis, A.; Bonatis, P.; Kapetanidis, V.; Voulgaris, N. Probabilistic and Scenario-Based Seismic Hazard Assessment on the Western Gulf of Corinth (Central Greece). Appl. Sci. 2022, 12, 11152. https://doi.org/10.3390/app122111152
[3] L. Tian and Z. Zhe, "Study on Earthquake Resistance of Electric Power System Based on System Reliability," 2010 International Conference on Intelligent System Design and Engineering Application, Changsha, China, 2010, pp. 437-440, doi: 10.1109/ISDEA.2010.388.
[4] B. Serban, "Power systems design for earthquake conditions using computational simulation,"21st International Telecommunications Energy Conference. INTELEC '99 (Cat. No.99CH37007), Copenhagen, Denmark, 1999, pp. 322-, doi: 10.1109/INTLEC.1999.794083.
[5] V. E. Toader, O. Ciogescu, A. Mihai, A. Borş, D. D. Micu and I. Lingvay, "Protection of power systems by earthquake warning based on local assessment of seismic events," 2021 9th International Conference on Modern Power Systems (MPS), Cluj-Napoca, Romania, 2021, pp. 1-5, doi: 10.1109/MPS52805.2021.9492581.
[6] C. Ozen and K. Kaya, "Earthquake Effects on Electricity Network: A Case Study in Turkish Grid,"2023 5th Global Power, Energy and Communication Conference (GPECOM), Nevsehir, Turkiye, 2023, pp. 333-338, doi: 10.1109 GPECOM58364.2023.10175728.
Επιβλέπων: Ν. Μανουσάκης
4. Τοποθέτηση μονάδων μετρήσεων φασιθετών με περιορισμένο αριθμό καναλιών σε συστήματα μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας
Τις τελευταίες δεκαετίες, η βιομηχανία ενέργειας ισχύος υπόκειται σε πολλαπλές αλλαγές εξαιτίας της απελευθέρωσης της αγοράς. Στις μέρες μας, οι ανταγωνιζόμενες μεταξύ τους αγορές ενέργειας παρέχουν επαρκή παραγωγή ισχύος, τεχνολογικές καινοτομίες, και πιο φθηνά τιμολόγια. Σ’ αυτό το περιβάλλον, η ασφαλής λειτουργία των ηλεκτρικών συστημάτων απαιτεί στενή παρακολούθηση των συνθηκών λειτουργίας τους. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω των κέντρων ελέγχου, που συγκεντρώνουν τα δεδομένα που λαμβάνονται από διάφορους υποσταθμούς για να παράσχουν μία εκτίμηση των φασιθετών τάσης, των λήψεων των μετασχηματιστών, των καταστάσεων των διακοπτών, και άλλων μετρούμενων και μη μετρούμενων ηλεκτρικών μεγεθών και παραμέτρων του ηλεκτρικού συστήματος. Παραδοσιακά, τα διαθέσιμα δεδομένα είναι μετρήσεις οι οποίες παρέχονται από το σύστημα SCADA, και περιλαμβάνουν ενεργές και άεργες ροές και εγχύσεις ισχύος, όπως επίσης μέτρα τάσεων και καταστάσεις διακοπτικών στοιχείων. Με την έλευση του παγκοσμίου συστήματος προσδιορισμού θέσης (GPS), το σύνολο των μετρήσεων διευρύνθηκε ώστε να συμπεριλάβει τις διαθέσιμες συγχρονισμένες μετρήσεις φασιθετών, οι οποίες παρέχονται από τις μονάδες μέτρησης φασιθετών (PMUs). Αυτές είναι μετρητικές συσκευές που παρέχουν την απαραίτητη πληροφορία για την ελαχιστοποίηση και τον έλεγχο των απωλειών ισχύος και την αποφυγή προβλημάτων όπως οι μεγάλου μεγέθους διακοπές παροχής ισχύος. Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η ανάπτυξη ενός αλγορίθμου βέλτιστης τοποθέτησης συσκευών PMU, λαμβάνοντας υπόψιν ότι στο πεδίο εφαρμογής τους οι συγκεκριμένες συσκευές διαθέτουν περιορισμένο αριθμό καναλιών μέτρησης.
[1] B. Gou, “Optimal Placement of PMUs by Integer Linear Programming,” IEEE Transactions on Power Systems, vol. 23, no. 3, pp. 1525–1526, Aug. 2008, doi: 10.1109/tpwrs.2008.926723.
[2] N. H. Abbasy and H. M. Ismail, "A Unified Approach for the Optimal PMU Location for Power System State Estimation," in IEEE Transactions on Power Systems, vol. 24, no. 2, pp. 806-813, May 2009, doi: 10.1109/TPWRS.2009.2016596.
[3] H. Khorashadi Zadeh and Z. Li, “Phasor measurement unit based transmission line protection scheme design,” in Electric Power Systems Research, vol. 81, no. 2, pp. 421–429, Feb. 2011, doi: 10.1016/j.epsr.2010.10.009.
[4] Q. Jiang, X. Li, B. Wang and H. Wang, "PMU-Based Fault Location Using Voltage Measurements in Large Transmission Networks," in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 27, no. 3, pp. 1644-1652, July 2012, doi: 10.1109/TPWRD.2012.2199525.
[5] L. Kamyabi, S. Esmaeili, and M. H. Rezaeian Koochi, “Power quality monitor placement in power systems considering channel limits and estimation error at unobservable buses using a bi-level approach,” in International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 102, pp. 302–311, Nov. 2018, doi: 10.1016/j.ijepes.2018.05.002.
[6] M. H. Rezaeian Koochi, P. Dehghanian and S. Esmaeili, "PMU Placement With Channel Limitation for Faulty Line Detection in Transmission Systems," in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 35, no. 2, pp. 819-827, April 2020, doi: 10.1109/TPWRD.2019.2929097.
Επιβλέπων: Ν. Μανουσάκης
5. Σιδηροδρομικά συστήματα μαγνητικής αιώρησης
Η εξέλιξη των τραίνων και των σιδηροδρομικών συστημάτων είναι ραγδαία με κυριότερη όλων την ηλεκτροκίνηση των σιδηροδρομικών δικτύων και την χρησιμοποίηση των ηλεκτραμαξών. Οι ηλεκτρομηχανές ή ηλεκτράμαξες μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε κινητική καθώς τροφοδοτούνται με ηλεκτρική ενέργεια από το δίκτυο. Με σκοπό την μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου, τα τελευταία χρόνια, υπάρχει μετεξέλιξη των σιδηροδρομικών συστημάτων ηλεκτροκίνησης σε σιδηροδρομικά συστήματα μαγνητικής αιώρησης (Maglev). Τα συστήματα αυτά εφαρμόζονται σε ήδη σε αρκετές χώρες και έχουν οδηγήσει στη δημιουργία τραίνων πολύ υψηλών ταχυτήτων. Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η αναλυτική μελέτη των σιδηροδρομικών συστημάτων μαγνητικής αιώρησης.
[1] F. Cai et al., "Dynamical Magnetic Resistance of HTS Maglev Vehicle in an Evacuated Tube Track," in IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol. 31, no. 8, pp. 1-4, Nov. 2021, Art no. 3603204, doi: 10.1109/TASC.2021.3091090.
[2] D. Jingfang, L. Zhiqiang and Y. Xin, "Numerical analysis of eddy current effect of EMS system for medium-low speed maglev train," 2017 2nd International Conference on Robotics and Automation Engineering (ICRAE), Shanghai, China, 2017, pp. 301-305, doi: 10.1109/ICRAE.2017.8291399.
[3] H. Shengjie, D. Fengshan, L. Yungang and L. Zhiqiang, "Assessment model of the maglev train braking system safety pre-warning and the optimization of Parameters," 2016 Chinese Control and Decision Conference (CCDC), Yinchuan, China, 2016, pp. 4915-4920, doi: 10.1109/CCDC.2016.7531873.
[4] Y. Jing, X. Ma, Z. Zhang, Y. Li and J. Kong, "Research on Visual Measurement for Levitation Gap in Maglev System," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 69, no. 8, pp. 8377-8386, Aug. 2022, doi: 10.1109/TIE.2021.3108722.
[5] C. Chen, J. Xu, L. Rong, W. Ji, G. Lin and Y. Sun, "Neural-Network-State-Observation-Based Adaptive Inversion Control Method of Maglev Train," in IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 71, no. 4, pp. 3660-3669, April 2022, doi: 10.1109/TVT.2022.3142144.
[6] Y. Sun, J. Xu, C. Chen and W. Hu, "Reinforcement Learning-Based Optimal Tracking Control for Levitation System of Maglev Vehicle With Input Time Delay," in IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 71, pp. 1-13, 2022, Art no. 7500813, doi: 10.1109/TIM.2022.3142059.
Επιβλέπων: Ν. Μανουσάκης