Συντάχθηκε 30-10-2026 11:21
Τόπος:
Σύνδεσμος τηλεδιάσκεψης
Έναρξη: 30/10/2026 12:00
Λήξη: 30/10/2026 13:00
ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών
ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
Νικολάου Ντελάκη
με θέμα
Ανάπτυξη Υπολογιστικού Εργαλείου για τη Μελέτη Ασύμμετρων Καταστάσεων σε Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας
Software Development for the Study of Non Symmetrical Operation of Electric Power Systems
Εξεταστική Επιτροπή
Επίκουρος Καθηγητής Γεώργιος Πέππας (Σχολή ΗΜΜΥ, Επιβλέπων)
Καθηγητής Ευτύχιος Κουτρούλης (ΠΚ, Σχολή ΗΜΜΥ)
Καθηγητής Φώτιος Κανέλλος (ΠΚ, Σχολή ΜΠΔ)
Περίληψη
Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως αντικείμενο την ανάπτυξη, τεκμηρίωση και αξιολόγηση ενός υπολογιστικού εργαλείου στο περιβάλλον MATLAB για την ανάλυση βραχυκυκλωμάτων σε Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας. Για την εισαγωγή, οργάνωση και επεξεργασία των δεδομένων των εξεταζόμενων δικτύων αξιοποιείται το λογισμικό MATPOWER, μέσω του οποίου πραγματοποιείται αρχικά η επίλυση της ροής φορτίου και προσδιορίζεται η κατάσταση λειτουργίας του συστήματος πριν από την εμφάνιση του σφάλματος. Στη συνέχεια, ο κώδικας σχηματίζει τους απαιτούμενους πίνακες αγωγιμότητας και εφαρμόζει τη μέθοδο των συμμετρικών συνιστωσών, προκειμένου να καταστεί δυνατή η μελέτη τόσο συμμετρικών όσο και ασύμμετρων βραχυκυκλωμάτων.
Το υπολογιστικό εργαλείο υποστηρίζει τέσσερις βασικούς τύπους σφάλματος: μονοφασικό σφάλμα προς γη, διφασικό σφάλμα χωρίς γη, διφασικό σφάλμα προς γη και τριφασικό συμμετρικό σφάλμα. Για κάθε εξεταζόμενη περίπτωση υπολογίζονται τα ρεύματα ακολουθίας, τα φασικά ρεύματα στον ζυγό εμφάνισης του σφάλματος, οι τάσεις όλων των ζυγών μετά το σφάλμα, καθώς και τα ρεύματα που αναπτύσσονται στα δύο άκρα κάθε κλάδου του δικτύου. Παράλληλα, λαμβάνονται υπόψη η θέση και η σύνθετη αντίσταση του σφάλματος, καθώς και οι συντελεστές προσέγγισης των δικτύων αρνητικής και μηδενικής ακολουθίας. Οι υπολογισμοί πραγματοποιούνται στο ανά μονάδα σύστημα, ενώ τα τελικά μεγέθη μετατρέπονται, όπου απαιτείται, σε φυσικές μονάδες για την ευκολότερη ερμηνεία τους.
Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην αυτοματοποιημένη οργάνωση και παρουσίαση των αποτελεσμάτων. Ο κώδικας δημιουργεί αρχεία κειμένου και υπολογιστικά φύλλα Excel, στα οποία καταγράφονται αναλυτικά οι τάσεις των ζυγών, τα ρεύματα σφάλματος και τα ρεύματα των κλάδων. Επιπλέον, παράγονται γραφικές παραστάσεις που επιτρέπουν την εποπτική σύγκριση της κατάστασης του δικτύου πριν και μετά το σφάλμα, την αναγνώριση των ζυγών με τη μεγαλύτερη πτώση τάσης και τον εντοπισμό των κλάδων που καταπονούνται περισσότερο.
Η λειτουργία του εργαλείου αξιολογείται μέσω έξι ομάδων πειραμάτων, στις οποίες εξετάζεται η επίδραση του τύπου και της θέσης του σφάλματος, της σύνθετης αντίστασης σφάλματος, των συντελεστών αρνητικής και μηδενικής ακολουθίας, καθώς και του μεγέθους και της τοπολογίας του δικτύου. Από την αξιολόγηση προκύπτει ότι ο τύπος και η θέση του σφάλματος επηρεάζουν καθοριστικά το ύψος των ρευμάτων και την κατανομή των τάσεων, ενώ η αύξηση της αντίστασης σφάλματος περιορίζει γενικά τη σοβαρότητα της διαταραχής. Παράλληλα, επιβεβαιώνεται ότι οι παράμετροι των δικτύων ακολουθίας επηρεάζουν κυρίως τα ασύμμετρα σφάλματα στα οποία συμμετέχουν.
Συνολικά, το εργαλείο παρέχει ένα οργανωμένο και επεκτάσιμο υπολογιστικό πλαίσιο για τη μελέτη βραχυκυκλωμάτων σε δίκτυα διαφορετικού μεγέθους. Παρά τις απλουστεύσεις που προκύπτουν από την περιορισμένη διαθεσιμότητα δεδομένων αρνητικής και μηδενικής ακολουθίας στα τυπικά αρχεία MATPOWER, η εφαρμογή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για εκπαιδευτικούς, ερευνητικούς και προκαταρκτικούς μελετητικούς σκοπούς, ενώ επιδέχεται περαιτέρω βελτίωση με την εισαγωγή αναλυτικότερων ηλεκτρικών δεδομένων και πρόσθετων διαδικασιών επαλήθευσης.
Abstract
This diploma thesis focuses on the development, documentation, and evaluation of a computational tool in MATLAB for short-circuit analysis in electrical power systems. MATPOWER is used to import, organize, and process the data of the networks under investigation, initially solving the power flow and determining the pre-fault operating condition of the system. The code then constructs the required admittance matrices and applies the method of symmetrical components to enable the analysis of both symmetrical and asymmetrical short circuits.
The computational tool supports four main fault types: single line-to-ground, line-to-line, double line-to-ground, and symmetrical three-phase faults. For each case, it calculates the sequence currents, the phase currents at the faulted bus, the post-fault voltages at all buses, and the currents at both ends of each network branch. The analysis also accounts for the fault location and impedance, as well as the factors used to approximate the negative- and zero-sequence networks. Calculations are performed in the per-unit system, while the final quantities are converted into physical units where necessary to facilitate their interpretation.
Particular emphasis is placed on the automated organization and presentation of results. The code generates text files and Excel spreadsheets containing detailed records of bus voltages, fault currents, and branch currents. In addition, it produces plots that facilitate visual comparisons between pre-fault and post-fault network conditions, identify the buses experiencing the greatest voltage drops, and highlight the branches subjected to the highest current stress.
The tool is evaluated through six groups of experiments examining the effects of fault type and location, fault impedance, negative- and zero-sequence approximation factors, and network size and topology. The evaluation indicates that fault type and location strongly influence current magnitudes and voltage distribution, while increasing fault resistance generally reduces the severity of the disturbance. It also confirms that sequence-network parameters primarily affect asymmetrical faults involving the corresponding sequence networks.
Overall, the tool provides a structured and extensible computational framework for short-circuit analysis in networks of varying sizes. Despite the simplifications arising from the limited availability of negative- and zero-sequence data in standard MATPOWER case files, the application can be used for educational, research, and preliminary engineering studies. Further improvements can be achieved by incorporating more detailed electrical data and additional verification procedures.
Meeting ID: 330 889 598 131 323 9
Password: fq7YX6mb
