Ποσοτική διαχείριση κινδύνου αξιοπιστίας σε προηγμένα συστήματα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας με την αξιοποίηση τεχνολογιών έξυπνων δικτύων

Abstract

Today's electrical power distribution systems usually operate in competitive environments. Their reliability performance is audited by regulation authorities which enforce high-reliability levels for the consumers. The traditional methods to improve and maintain a high-reliability level are translated to a high cost for network spending. Besides, fast and specific quantitative reliability benefits could be infeasible to be achieved in practice. This situation calls to investigate new sophisticated strategies to achieve fast results with low cost. The current thesis introduces two proposed methods. The first one formulates a quantitative reliability risk management by constructing optimal portfolios of demand response programs. The second, estimates the short-term reliability risk due to cyber-physical attacks by botnets in distribution systems subject to load-shifting incentives. The conclusions of this thesis show that the proposed methods are beneficial to distribution network operators as decision support systems. The application of the proposed methods leads to quantitative reliability achievements, by constructing tailor-made demand response portfolios, and by deducing the desirable penetration of price-controlled power loads.

Τα σύγχρονα δίκτυα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας τείνουν ολοένα και περισσότερο να λειτουργούν σε ανταγωνιστικά περιβάλλοντα, όπου οι ρυθμιστικές αρχές που παρακολουθούν τις επιδόσεις τους επιβάλουν υψηλά επίπεδα αξιοπιστίας στην τροφοδότηση των καταναλωτών. Το κόστος της διατήρησης ενός υψηλού βαθμού αξιοπιστίας με παραδοσιακές μεθόδους ενίσχυσης των δικτύων είναι γενικά υψηλό και στην πράξη μπορεί και να καθίσταται αδύνατο να επιτευχθεί βραχυπρόθεσμα μια συγκεκριμένη ποσοτική βελτίωση. Η παραπάνω κατάσταση, μας προέτρεψε να διερευνήσουμε εξελιγμένες στρατηγικές που θα μπορούσαν να προσφέρουν με χαμηλό κόστος άμεσα αποτελέσματα. Η παρούσα διατριβή παρουσιάζει δύο προτεινόμενες μεθόδους. Η πρώτη υλοποιεί την ποσοτική διαχείριση του κινδύνου από χαμηλή επίδοση αξιοπιστίας μέσω ενός βέλτιστου σχηματισμού χαρτοφυλακίου προγραμμάτων απόκρισης στη ζήτηση (demand response, DR). Η δεύτερη αποτιμά τον βραχυπρόθεσμο κίνδυνο υποβάθμισης της αξιοπιστίας από κυβερνο-φυσικές επιθέσεις δικτύων προγραμμάτων ρομπότ (botnet) σε συστήματα ρυθμιζόμενων φορτίων των οποίων η λειτουργία επηρεάζεται από κίνητρα χρονικής μετατόπισης φορτίου. Τα συμπεράσματα της διατριβής δείχνουν ότι οι παραπάνω προτεινόμενες μέθοδοι μπορούν να είναι ωφέλιμες στους διαχειριστές δικτύων διανομής ηλεκτρικής ενέργειας ως συστήματα υποστήριξης αποφάσεων. Με την εφαρμογή τους μπορούν να επιτευχθούν ποσοτικοί στόχοι αξιοπιστίας, αφενός με την κατασκευή ειδικά προσαρμοσμένων χαρτοφυλακίων DR προγραμμάτων και αφετέρου με την επιλογή του επιθυμητού βαθμού διείσδυσης ρυθμιζόμενων ηλεκτρικών φορτίων από σήματα τιμής.