Τα θέματα που καλύπτονται στο μάθημα περιλαμβάνουν:

• Εισαγωγή στην Ευστάθεια Συστημάτων: Λειτουργία και Έλεγχος Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας, προβλήματα ευστάθεια που αντιμετωπίζουν τα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας, επιπτώσεις στη Λειτουργία και Έλεγχο των Συστημάτων .
• Ανάλυση και Μοντελοποίηση Δυναμικών Συστημάτων: Μοντελοποίηση των συνιστωσών του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας – γεννήτριες, γραμμές μεταφοράς, φορτία, συστήματα διέγερση
• Έλεγχος Πραγματικής ισχύος – συχνότητος: Σύντομη εισαγωγή. Σύστημα ελέγχου ηλεκτρικής ενέργειας, Λειτουργία χωρίς κεντρικό έλεγχο. Δυναμική αλληλεπίδραση βρόχων P-f και Q-V, Δυναμικές μεταβλητές κατάστασης, Αυτόματος έλεγχος φορτίου-συχνότητας γεννητριών. Μαθηματικά μοντέλα ρυθμιστή ταχύτητας και στροβίλου, Διαίρεση φορτίου μεταξύ γεννητριών, Διαίρεση του συστήματος σε περιοχές ελέγχου, Ισορροπία μεταβολών ισχύος σε περιοχή ελέγχου, Σχηματική παράσταση της περιοχής ελέγχου, Έλεγχος ισχύος-συχνότητας απομονωμένης περιοχής ελέγχου, Εντολή ελέγχου ΔPc = 0, Εντολή ελέγχου ΔPc ≠ 0, Σύστημα δυο περιοχών ελέγχου, Νέα μόνιμη κατάσταση συστήματος δυο περιοχών με ΔPc1 = ΔPc2 = 0, Χρονική απόκριση συστήματος δυο περιοχών με ΔPc1 = ΔPc2 = 0, Σύστημα δυο περιοχών ελέγχου με ΔPc ≠ 0, Έλεγχος P–f για σύστημα n-περιοχών ελέγχου, Βέλτιστη ρύθμιση παραμέτρων, Κατανομή της παραγωγής στις γεννήτριες, Βέλτιστος έλεγχος ΣΗΕ, Μοντέλο μεταβλητών κατάστασης για σύστημα δυο περιοχών.
• Έλεγχος αέργου ισχύος-τάσης: Σύστημα ελέγχου τάσης γεννητριών, Διάγραμμα αυτόματου ρυθμιστή τάσης γεννητριών, Απλή παράσταση γεννήτριας, Κύκλωμα σταθεροποίησης του ρυθμιστή τάσης, Καμπύλες λειτουργίας σύγχρονης γεννήτριας, Καμπύλες γεννήτριας Q–V, Εξάρτηση της τάσης ζυγών από την άεργο ισχύ, Μέθοδοι ελέγχου της τάσης ζυγών, Χωρητική αντιστάθμιση σειράς, Εγκάρσια χωρητική και επαγωγική αντιστάθμιση, Βασικές αρχές λειτουργίας TSC και TCR, Σύγχρονος αντισταθμιστής, Έλεγχος της τάσης με μετασχηματιστή, Μετασχηματιστής αντιστάθμισης, Μετασχηματιστές με στατικό, Ηλεκτρονικό LTC, Αστάθεια τάσης, Ανάλυση φαινομένου της αστάθειας τάσης, Χρονική διάρκεια της αστάθειας τάσης.
• Μεταβατική ευστάθεια συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας: Συγχρονισμός γεννήτριας σε άπειρο ζυγό, Απλό σύστημα δυο μηχανών, Ορισμοί και επεξήγηση των όρων, Τύποι αστάθειας, Μεταβατική ευστάθεια (Βασικές έννοιες), Εξίσωση ταλάντωσης, Μεταβατική ισχύς στροβίλου, Μεταβατική ηλεκτρική έξοδος της γεννήτριας, Απλή παράσταση σύγχρονης γεννήτριας, Μέθοδοι μελέτης μεταβατικής ευστάθειας, Κριτήριο ίσων εμβαδών για μεταβατική ευστάθεια, Άλλες εφαρμογές του κριτηρίου των ίσων εμβαδών (Αποσύνδεση παράλληλης γραμμής, Τριφασικό βραχυκύκλωμα σε παράλληλη γραμμή), Αριθμητική επίλυση των εξισώσεων ταλάντωσης (έμμεση λύση), Μελέτη μεταβατικής ευστάθειας με τη βοήθεια υπολογιστών (Περιγραφή του συστήματος και λύση του προβλήματος), Παράγοντες που επηρεάζουν τη μεταβατική ευστάθεια, Επίδραση των συστημάτων ελέγχου συχνότητας και τάσης στη μεταβατική ευστάθεια, Επίδραση του βρόχου ελέγχου συχνότητας, Επίδραση του βρόχου ελέγχου τάσης
• Ευστάθεια τάσης: Κατηγοριοποίηση ευστάθειας τάσης, ανάλυση ευστάθειας τάσης, Επίδραση της ρύθμισης τάσης. Συστήματα σταθεροποίησης τάσης.
• Ευστάθεια συχνότητας: Φύση και περιγραφή των προβλημάτων ευστάθειας της συχνότητας, ανάλυση των προβλημάτων ευστάθειας συχνότητας.
• Θέματα ευστάθειας σε διασυνδεδεμένα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας.
• Επίλυση ασκήσεων και υποδειγματική παρουσίαση μελέτης.

Στο μάθημα αυτό γίνεται μία συνολική επισκόπηση θεμάτων Ελέγχου και Ευστάθειας Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας με σκοπό την κατανόηση και αντιμετώπιση σχετικών προβλημάτων καθώς και την ενίσχυση της ασφάλειας του συστήματος.

Οι βασικές έννοιες και φυσικές πτυχές των φαινομένων, οι μέθοδοι ανάλυσης καθώς και προσεγγίσεις για την ασφαλή λειτουργία των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας παρουσιάζονται λεπτομερώς. Η λειτουργία των Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας, συμπεριλαμβανομένων και των ηλεκτροπαραγωγών σταθμών, υπό κανονικές και μη κανονικές συνθήκες αναλύεται εκτενώς.

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής / τρια θα είναι σε θέση να:

• Έχει κατανόηση των βασικών και κρίσιμων χαρακτηριστικών ευστάθειας συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας, την σύνδεση τους με τη γενικότερη παραγωγή, μεταφορά και διανομή ενέργειας.
• Έχει γνώση των εργαλείων και των τεχνικών επίλυσης βελτιστοποίησης και ευστάθειας συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας
• Αναλύει και υπολογίζει τα βασικά στοιχεία ευστάθειας συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας
• Συνεργαστεί με τους συμφοιτητές του για να δημιουργήσουν και να παρουσιάσουν μία ομαδική εργασία σε μια μελέτη ευστάθειας συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας που περιλαμβάνει την ανάλυση του δικτύου και τα βασικά μαθηματικά μοντέλα του συστήματος.

1. Ατομικές/Ομαδικές Εργασίες (20%) που περιλαμβάνουν:

–     Επίλυση προβλημάτων

–    Μελέτες

–     Συγκριτική αξιολόγηση στοιχείων θεωρίας

1. Γραπτή εξέταση προόδου (20%) που περιλαμβάνει:

–     Επίλυση προβλημάτων

–     Συγκριτική αξιολόγηση στοιχείων θεωρίας

1. Γραπτή τελική εξέταση (60%) που περιλαμβάνει:

–     Επίλυση προβλημάτων

–    Συγκριτική αξιολόγηση στοιχείων θεωρίας

Εβδομάδα 1

• Εισαγωγή στην Ευστάθεια Συστημάτων: Λειτουργία και Έλεγχος Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας, προβλήματα ευστάθεια που αντιμετωπίζουν τα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας, επιπτώσεις στη Λειτουργία και Έλεγχο των Συστημάτων .
• Ανάλυση και Μοντελοποίηση Δυναμικών Συστημάτων: Μοντελοποίηση των συνιστωσών του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας – γεννήτριες, γραμμές μεταφοράς, φορτία, συστήματα διέγερση

Εβδομάδα 2-4

• Έλεγχος Πραγματικής ισχύος – συχνότητος: Σύντομη εισαγωγή. Σύστημα ελέγχου ηλεκτρικής ενέργειας, Λειτουργία χωρίς κεντρικό έλεγχο. Δυναμική αλληλεπίδραση βρόχων P-f και Q-V, Δυναμικές μεταβλητές κατάστασης, Αυτόματος έλεγχος φορτίου-συχνότητας γεννητριών. Μαθηματικά μοντέλα ρυθμιστή ταχύτητας και στροβίλου, Διαίρεση φορτίου μεταξύ γεννητριών, Διαίρεση του συστήματος σε περιοχές ελέγχου, Ισορροπία μεταβολών ισχύος σε περιοχή ελέγχου, Σχηματική παράσταση της περιοχής ελέγχου, Έλεγχος ισχύος-συχνότητας απομονωμένης περιοχής ελέγχου, Εντολή ελέγχου ΔPc = 0, Εντολή ελέγχου ΔPc ≠ 0, Σύστημα δυο περιοχών ελέγχου, Νέα μόνιμη κατάσταση συστήματος δυο περιοχών με ΔPc1 = ΔPc2 = 0, Χρονική απόκριση συστήματος δυο περιοχών με ΔPc1 = ΔPc2 = 0, Σύστημα δυο περιοχών ελέγχου με ΔPc ≠ 0, Έλεγχος P–f για σύστημα n-περιοχών ελέγχου, Βέλτιστη ρύθμιση παραμέτρων, Κατανομή της παραγωγής στις γεννήτριες, Βέλτιστος έλεγχος ΣΗΕ, Μοντέλο μεταβλητών κατάστασης για σύστημα δυο περιοχών.

Εβδομάδα 5-7

• Έλεγχος αέργου ισχύος-τάσης: Σύστημα ελέγχου τάσης γεννητριών, Διάγραμμα αυτόματου ρυθμιστή τάσης γεννητριών, Απλή παράσταση γεννήτριας, Κύκλωμα σταθεροποίησης του ρυθμιστή τάσης, Καμπύλες λειτουργίας σύγχρονης γεννήτριας, Καμπύλες γεννήτριας Q–V, Εξάρτηση της τάσης ζυγών από την άεργο ισχύ, Μέθοδοι ελέγχου της τάσης ζυγών, Χωρητική αντιστάθμιση σειράς, Εγκάρσια χωρητική και επαγωγική αντιστάθμιση, Βασικές αρχές λειτουργίας TSC και TCR, Σύγχρονος αντισταθμιστής, Έλεγχος της τάσης με μετασχηματιστή, Μετασχηματιστής αντιστάθμισης, Μετασχηματιστές με στατικό, Ηλεκτρονικό LTC, Αστάθεια τάσης, Ανάλυση φαινομένου της αστάθειας τάσης, Χρονική διάρκεια της αστάθειας τάσης.

Εβδομάδα 8-10

• Μεταβατική ευστάθεια συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας: Συγχρονισμός γεννήτριας σε άπειρο ζυγό, Απλό σύστημα δυο μηχανών, Ορισμοί και επεξήγηση των όρων, Τύποι αστάθειας, Μεταβατική ευστάθεια (Βασικές έννοιες), Εξίσωση ταλάντωσης, Μεταβατική ισχύς στροβίλου, Μεταβατική ηλεκτρική έξοδος της γεννήτριας, Απλή παράσταση σύγχρονης γεννήτριας, Μέθοδοι μελέτης μεταβατικής ευστάθειας, Κριτήριο ίσων εμβαδών για μεταβατική ευστάθεια, Άλλες εφαρμογές του κριτηρίου των ίσων εμβαδών (Αποσύνδεση παράλληλης γραμμής, Τριφασικό βραχυκύκλωμα σε παράλληλη γραμμή), Αριθμητική επίλυση των εξισώσεων ταλάντωσης (έμμεση λύση), Μελέτη μεταβατικής ευστάθειας με τη βοήθεια υπολογιστών (Περιγραφή του συστήματος και λύση του προβλήματος), Παράγοντες που επηρεάζουν τη μεταβατική ευστάθεια, Επίδραση των συστημάτων ελέγχου συχνότητας και τάσης στη μεταβατική ευστάθεια, Επίδραση του βρόχου ελέγχου συχνότητας, Επίδραση του βρόχου ελέγχου τάσης

Εβδομάδα 11

• Ευστάθεια τάσης: Κατηγοριοποίηση ευστάθειας τάσης, ανάλυση ευστάθειας τάσης, Επίδραση της ρύθμισης τάσης. Συστήματα σταθεροποίησης τάσης.
• Ευστάθεια συχνότητας: Φύση και περιγραφή των προβλημάτων ευστάθειας της συχνότητας, ανάλυση των προβλημάτων ευστάθειας συχνότητας.

Εβδομάδα 12

• Θέματα ευστάθειας σε διασυνδεδεμένα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας.

Εβδομάδα 13

• Επίλυση ασκήσεων και υποδειγματική παρουσίαση μελέτης.