Δυναμική ηλεκτροθερμική ανάλυση συστημάτων μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας

Η παρούσα διδακτορική διατριβή έχει ως αντικείμενο τη δυναμική ηλεκτροθερμική ανάλυση συστημάτων μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας και πιο συγκεκριμένα εναέριων αγωγών τύπου AAC και ACSR καθώς επίσης και υπόγειων καλωδίων. Ακόμη, βασικότατο τμήμα της παρούσας διδακτορικής διατριβής αποτελεί ο υπολογισμός των θερμοκρασιακών διακυμάνσεων, κατά μέτρο και χρονική καθυστέρηση, που προκαλούνται από τις μεταβολές του ηλεκτρικού φορτίου. Αρχικά, γίνεται δυναμική θερμική ανάλυση με απώτερο σκοπό να υπολογιστούν ορισμένα ακόμη πολύ σημαντικά μεγέθη τα οποία μας παρέχουν πολύ σημαντικές πληροφορίες οι οποίες δε θα ήταν δυνατόν να γίνουν αντιληπτές στο πεδίο του χρόνου, όπως για παράδειγμα η θερμική χρονική σταθερά και κυρίως η σύνθετη θερμική αντίδραση των συστημάτων μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Η μεθοδολογία της δυναμικής θερμικής ανάλυσης δομείται πάνω στη μεθοδολογία της αναγνώρισης δικτύου μέσω της αποσυνέλιξης (Network Identification by Deconvolution, NID) και το θερμοκρασιακό πεδίο σε κάθε σημείο του αγωγού που προκύπτει από την ανάλυση αυτή, οδηγεί σε ένα ισοδύναμο μοντέλο στο πεδίο της συχνότητας. Στη συνέχεια, για να γίνει εφικτός ο υπολογισμός της σύνθετης θερμικής αντίδρασης των εναέριων γραμμών μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας επιλύονται αναλυτικά τόσο το πρόβλημα του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου όσο και το θερμικό πρόβλημα για τις περιπτώσεις των εναέριων αγωγών τύπου AAC και ACSR. Ακόμη, δημιουργήθηκε και ένα απλοποιημένο θερμικό μοντέλο για μία επιπρόσθετη επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων που προκύπτουν. Έπειτα, δημιουργήθηκε ένα πλήρως συζευγμένου ηλεκτροθερμικού μοντέλου με τις απώλειες Joule, και πιο συγκεκριμένα την πυκνότητα των απωλειών Joule, να αποτελεί το μέγεθος που συνδέει το ηλεκτρομαγνητικό και θερμικό μοντέλο. Εξαγόμενα της ανάλυσης ήταν ο υπολογισμός της σύνθετης θερμικής αντίδρασης και η παρουσίασή της μέσω των διαγραμμάτων Nyquist και Bode. Τον αναλυτικό υπολογισμό για τους εναέριους αγωγούς ακολουθεί και επαλήθευση μέσω προσομοίωσης. Από τη σύγκριση των αποτελεσμάτων και τις αμελητέες διαφορές που προέκυψαν για τους εναέριους αγωγούς, συμπεραίνουμε ότι μπορούμε να εμπιστευτούμε τη μέθοδο της προσομοίωσης και για τη περίπτωση του υπόγειου καλωδίου. Για το υπόγειο καλώδιο, δυστυχώς λόγω πολυπλοκότητας δεν ήταν εφικτό να γίνει αναλυτικός υπολογισμός της σύνθετης θερμικής αντίδρασής του μέσω των προβλημάτων του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου και του θερμικού προβλήματος. Ακολουθεί η μεθοδολογία υπολογισμού των θερμοκρασιακών διακυμάνσεων, κατά μέτρο και χρονική καθυστέρηση, που προκαλούνται από τις μεταβολές του ηλεκτρικού φορτίου. Για να αξιολογηθεί και να επικυρωθεί η χρησιμότητα και η αξιοπιστία της μεθόδου που χρησιμοποιείται, πραγματοποιήθηκαν αρκετά πειράματα μετρήσεων. Επιπροσθέτως, η προτεινόμενη μεθοδολογία εφαρμόζεται και σε ορισμένες ενδεικτικές περιπτώσεις συστημάτων του δικτύου μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, όπου και εκεί επικυρώθηκε η αξιοπιστία της μεθόδου. Τέλος, η μεθοδολογία που προτάθηκε εφαρμόστηκε και σε τέσσερις περιπτώσεις με δεδομένα από διαφορετικούς μήνες μέσα στον χρόνο, ένας από κάθε ημερολογιακή εποχή, για να καλύπτεται χρονικά ολόκληρο το έτος και να μπορούμε να αντιληφθούμε καλύτερα το μοτίβο του φορτίου που ζητείται από τους καταναλωτές και να γίνουν οι κατάλληλοι υπολογισμοί.