Development of an adaptive real-time power systems simulator architecture for smart grid-microgrid applications

Nowadays, smart grids are becoming a topic of global interest, with many engineers and academics across the world addressing it as the enabling factor for the evolution of our society into a “smart society”. Smart grids are still at their infancy, however their theoretical background and the challen...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Μυλωνάς, Ελευθέριος
Άλλοι συγγραφείς: Μπίρμπας, Μιχαήλ
Μορφή: Thesis
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2019
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/12872
id nemertes-10889-12872
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Smart grids
Power systems simulation
Real-time simulation
Design automation
Computing systems
Embedded systems
Digital twins
Software/hardware design
Έξυπνα δίκτυα
Εξομοίωση συστημάτων ισχύος
Εξομοίωση πραγματικού χρόνου
Αυτοματοποίηση σχεδίασης
Υπολογιστικά συστήματα
Ενσωματωμένα συστήματα
Ψηφιακά δίδυμα
Σχεδίαση λογισμικού/υλικού
spellingShingle Smart grids
Power systems simulation
Real-time simulation
Design automation
Computing systems
Embedded systems
Digital twins
Software/hardware design
Έξυπνα δίκτυα
Εξομοίωση συστημάτων ισχύος
Εξομοίωση πραγματικού χρόνου
Αυτοματοποίηση σχεδίασης
Υπολογιστικά συστήματα
Ενσωματωμένα συστήματα
Ψηφιακά δίδυμα
Σχεδίαση λογισμικού/υλικού
Μυλωνάς, Ελευθέριος
Development of an adaptive real-time power systems simulator architecture for smart grid-microgrid applications
description Nowadays, smart grids are becoming a topic of global interest, with many engineers and academics across the world addressing it as the enabling factor for the evolution of our society into a “smart society”. Smart grids are still at their infancy, however their theoretical background and the challenges they must withstand are known to engineers. A crucial problem is the monitoring and control of the smart grid. All the proposed solutions need to know the system information and behavior, which tends to exhibit high diversity. To solve this problem, as well as provide tools for apparatus testing, derive design models etc., a way to aid system analysis is via the employment of power systems simulator. Many simulator designs have been developed in the past, but our thesis target is the real-time one. In this thesis, an adaptive real-time power systems simulator architecture is presented and analyzed. Firstly, the smart grid concept is introduced and the theoretical basis of the power systems simulator followed in this approach is shown analytically. Secondly, the target architecture is divided into 2 separate simpler tasks, the first being closer to the user of the simulator platform and the second dedicated to the efficient implementation of the simulator in hardware (i.e. onto Field Programmable Logic Arrays-FPGAs). Each task is thoroughly presented, along with the associated algorithms used to simplify the system analysis and simulation, reducing the time and effort that the user needs to create many different simulator designs. Lastly, the algorithms’ validity is verified by applying appropriate tests, whose results are also presented.
author2 Μπίρμπας, Μιχαήλ
author_facet Μπίρμπας, Μιχαήλ
Μυλωνάς, Ελευθέριος
format Thesis
author Μυλωνάς, Ελευθέριος
author_sort Μυλωνάς, Ελευθέριος
title Development of an adaptive real-time power systems simulator architecture for smart grid-microgrid applications
title_short Development of an adaptive real-time power systems simulator architecture for smart grid-microgrid applications
title_full Development of an adaptive real-time power systems simulator architecture for smart grid-microgrid applications
title_fullStr Development of an adaptive real-time power systems simulator architecture for smart grid-microgrid applications
title_full_unstemmed Development of an adaptive real-time power systems simulator architecture for smart grid-microgrid applications
title_sort development of an adaptive real-time power systems simulator architecture for smart grid-microgrid applications
publishDate 2019
url http://hdl.handle.net/10889/12872
work_keys_str_mv AT mylōnaseleutherios developmentofanadaptiverealtimepowersystemssimulatorarchitectureforsmartgridmicrogridapplications
AT mylōnaseleutherios anaptyxēarchitektonikēsprosarmostikōnexomoiōtōnsystēmatōnischyospragmatikouchronougiasmartgridmicrogridepharmoges
_version_ 1771297253052383232
spelling nemertes-10889-128722022-09-05T13:56:06Z Development of an adaptive real-time power systems simulator architecture for smart grid-microgrid applications Ανάπτυξη αρχιτεκτονικής προσαρμοστικών εξομοιωτών συστημάτων ισχύος πραγματικού χρόνου για smart grid-microgrid εφαρμογές Μυλωνάς, Ελευθέριος Μπίρμπας, Μιχαήλ Μπίρμπας, Αλέξιος Mylonas, Eleftherios Smart grids Power systems simulation Real-time simulation Design automation Computing systems Embedded systems Digital twins Software/hardware design Έξυπνα δίκτυα Εξομοίωση συστημάτων ισχύος Εξομοίωση πραγματικού χρόνου Αυτοματοποίηση σχεδίασης Υπολογιστικά συστήματα Ενσωματωμένα συστήματα Ψηφιακά δίδυμα Σχεδίαση λογισμικού/υλικού Nowadays, smart grids are becoming a topic of global interest, with many engineers and academics across the world addressing it as the enabling factor for the evolution of our society into a “smart society”. Smart grids are still at their infancy, however their theoretical background and the challenges they must withstand are known to engineers. A crucial problem is the monitoring and control of the smart grid. All the proposed solutions need to know the system information and behavior, which tends to exhibit high diversity. To solve this problem, as well as provide tools for apparatus testing, derive design models etc., a way to aid system analysis is via the employment of power systems simulator. Many simulator designs have been developed in the past, but our thesis target is the real-time one. In this thesis, an adaptive real-time power systems simulator architecture is presented and analyzed. Firstly, the smart grid concept is introduced and the theoretical basis of the power systems simulator followed in this approach is shown analytically. Secondly, the target architecture is divided into 2 separate simpler tasks, the first being closer to the user of the simulator platform and the second dedicated to the efficient implementation of the simulator in hardware (i.e. onto Field Programmable Logic Arrays-FPGAs). Each task is thoroughly presented, along with the associated algorithms used to simplify the system analysis and simulation, reducing the time and effort that the user needs to create many different simulator designs. Lastly, the algorithms’ validity is verified by applying appropriate tests, whose results are also presented. Στις μέρες μας, τα έξυπνα δίκτυα γίνονται θέμα παγκόσμιου ενδιαφέροντος, με πολλούς μηχανικούς και ακαδημαϊκούς απ’ όλο τον κόσμο να τα θεωρούν τον καταλυτικό παράγοντα για την εξέλιξη της κοινωνίας μας σε μία “έξυπνη κοινωνία”. Τα έξυπνα δίκτυα βρίσκονται ακόμα σε πρωταρχικό στάδιο, όμως το θεωρητικό τους υπόβαθρο και οι προκλήσεις που πρέπει να αντιμετωπίσουν είναι γνωστές στους μηχανικούς. Ένα κρίσιμο πρόβλημα είναι η παρακολούθηση και ο έλεγχος του έξυπνου δικτύου. Όλες οι λύσεις που έχουν προταθεί απαιτούν γνώση της πληροφορίας και της συμπεριφοράς του συστήματος, το οποίο τείνει να παρουσιάζει υψηλή ποικιλομορφία. Για να λυθεί αυτό το πρόβλημα, καθώς και να σχεδιασθούν εργαλεία δοκιμής εξοπλισμών, να εξαχθούν μοντέλα σχεδίασης κλπ., ένας τρόπος απλούστευσης της ανάλυσης συστήματος προκύπτει μέσω της χρήσης εξομοιωτή συστημάτων ισχύος. Στο παρελθόν έχουν αναπτυχθεί πολλές σχεδιάσεις εξομοιωτών, όμως ο στόχος της παρούσας εργασίας είναι οι εξομοιωτές πραγματικού χρόνου. Στην εργασία αυτή, παρουσιάζεται και αναλύεται μία αρχιτεκτονική προσαρμοστικού εξομοιωτή συστημάτων ισχύος πραγματικού χρόνου. Αρχικά, εισάγεται η ιδέα των έξυπνων δικτύων και παρουσιάζεται αναλυτικά η θεωρητική βάση εξομοιωτών συστημάτων ισχύος που ακολουθήθηκε σε αυτή την προσέγγιση. Κατά δεύτερον, η αρχιτεκτονική-στόχος χωρίζεται σε 2 ξεχωριστές απλούστερες διαδικασίες, όπου η πρώτη προσεγγίζει τον χρήστη της πλατφόρμας του εξομοιωτή ενώ η δεύτερη αφιερώνεται στην αποδοτική εφαρμογή του εξομοιωτή στο υλικό (π.χ. σε Field Programmable Logic Arrays-FPGAs). Κάθε διαδικασία παρουσιάζεται εκτενώς, μαζί με τους σχετικούς αλγορίθμους που χρησιμοποιούνται στην απλούστευση της ανάλυσης και εξομοίωσης του συστήματος, μειώνοντας το χρόνο και την προσπάθεια που χρειάζεται ο χρήστης για να σχεδιάσει πολλές διαφορετικές δομές εξομοιωτή. Τέλος, επικυρώνεται η εγκυρότητα των αλγορίθμων εφαρμόζοντας κατάλληλες δοκιμές, των οποίων τα αποτελέσματα επίσης παρατίθενται. 2019-12-21T08:38:19Z 2019-12-21T08:38:19Z 2019-09-09 Thesis http://hdl.handle.net/10889/12872 en 0 application/pdf winrar