Choose the healthy way! Physical activity as a tool to improve mental health in young cancer survivors

N

Synergistic exploitation of geoinformation methods for post-earthquake 3D mapping of Vrisa traditional settlement, Lesvos Island, Greece

The aim of this paper is to present the methodology followed and the results obtained by the synergistic exploitation of geo-information methods towards 3D mapping of the impact of the catastrophic earthquake of June 12th 2017 on the traditional settlement of Vrisa on the island of Lesvos, Greece. A campaign took place for collecting: a) more than 150 ground control points using an RTK system, b) more than 20.000 high-resolution terrestrial and aerial images using cameras and Unmanned Aircraft Systems and c) 140 point clouds by a 3D Terrestrial Laser Scanner. The Structure from Motion method has been applied on the high-resolution terrestrial and aerial photographs, for producing accurate and very detailed 3D models of the damaged buildings of the Vrisa settlement. Additionally, two Orthophoto maps and Digital Surface Models have been created, with a spatial resolution of 5cm and 3cm, respectively. The first orthophoto map has been created just one day after the earthquake, while the second one, a month later. In parallel, 3D laser scanning data have been exploited in order to validate the accuracy of the 3D models and the RTK measurements used for the geo-registration of all the above-mentioned datasets. The significant advantages of the proposed methodology are: a) the coverage of large scale areas; b) the production of 3D models having very high spatial resolution and c) the support of post-earthquake management and reconstruction processes of the Vrisa village, since such 3D information can serve all stakeholders, be it national and/or local organizations

Coastline Zones Identification and 3D Coastal Mapping Using UAV Spatial Data

Spatial data acquisition is a critical process for the identification of the coastline and coastal zones for scientists involved in the study of coastal morphology. The availability of very high-resolution digital surface models (DSMs) and orthophoto maps is of increasing interest to all scientists, especially those monitoring small variations in the earth’s surface, such as coastline morphology. In this article, we present a methodology to acquire and process high resolution data for coastal zones acquired by a vertical take off and landing (VTOL) unmanned aerial vehicle (UAV) attached to a small commercial camera. The proposed methodology integrated computer vision algorithms for 3D representation with image processing techniques for analysis. The computer vision algorithms used the structure from motion (SfM) approach while the image processing techniques used the geographic object-based image analysis (GEOBIA) with fuzzy classification. The SfM pipeline was used to construct the DSMs and orthophotos with a measurement precision in the order of centimeters. Consequently, GEOBIA was used to create objects by grouping pixels that had the same spectral characteristics together and extracting statistical features from them. The objects produced were classified by fuzzy classification using the statistical features as input. The classification output classes included beach composition (sand, rubble, and rocks) and sub-surface classes (seagrass, sand, algae, and rocks). The methodology was applied to two case studies of coastal areas with different compositions: a sandy beach with a large face and a rubble beach with a small face. Both are threatened by beach erosion and have been degraded by the action of sea storms. Results show that the coastline, which is the low limit of the swash zone, was detected successfully by both the 3D representations and the image classifications. Furthermore, several traces representing previous sea states were successfully recognized in the case of the sandy beach, while the erosion and beach crests were detected in the case of the rubble beach. The achieved level of detail of the 3D representations revealed new beach characteristics, including erosion crests, berm zones, and sand dunes. In conclusion, the UAV SfM workflow provides information in a spatial resolution that permits the study of coastal changes with confidence and provides accurate 3D visualizations of the beach zones, even for areas with complex topography. The overall results show that the presented methodology is a robust tool for the classification, 3D visualization, and mapping of coastal morphology

Comparison of True-Color and Multispectral Unmanned Aerial Systems Imagery for Marine Habitat Mapping Using Object-Based Image Analysis

The use of unmanned aerial systems (UAS) over the past years has exploded due to their agility and ability to image an area with high-end products. UAS are a low-cost method for close remote sensing, giving scientists high-resolution data with limited deployment time, accessing even the most inaccessible areas. This study aims to produce marine habitat mapping by comparing the results produced from true-color RGB (tc-RGB) and multispectral high-resolution orthomosaics derived from UAS geodata using object-based image analysis (OBIA). The aerial data was acquired using two different types of sensors—one true-color RGB and one multispectral—both attached to a UAS, capturing images simultaneously. Additionally, divers’ underwater images and echo sounder measurements were collected as in situ data. The produced orthomosaics were processed using three scenarios by applying different classifiers for the marine habitat classification. In the first and second scenario, the k-nearest neighbor (k-NN) and fuzzy rules were applied as classifiers, respectively. In the third scenario, fuzzy rules were applied in the echo sounder data to create samples for the classification process, and then the k-NN algorithm was used as the classifier. The in situ data collected were used as reference and training data. Additionally, these data were used for the calculation of the overall accuracy of the OBIA process in all scenarios. The classification results of the three scenarios were compared. Using tc-RGB instead of multispectral data provides better accuracy in detecting and classifying marine habitats when applying the k-NN as the classifier. In this case, the overall accuracy was 79%, and the Kappa index of agreement (KIA) was equal to 0.71, which illustrates the effectiveness of the proposed approach. The results showed that sub-decimeter resolution UAS data revealed the sub-bottom complexity to a large extent in relatively shallow areas as they provide accurate information that permits the habitat mapping in extreme detail. The produced habitat datasets are ideal as reference data for studying complex coastal environments using satellite imagery

A numerical algorithm for the optimal placement of inset maps

The purpose of this paper is to present an algorithmic formulation addressing the cartographic problem of siting an inset map at specific map locations under spatial and cartographic constraints. The first part of the paper aims at: (a) presenting a numerical algorithm that solves the above siting problem under such constraints, and (b) investigating the effectiveness of this numerical algorithm for a more general geo- graphical problem, that of siting an anthropogenic structure or object of rectangular shape in suitable areas. The second part of this paper showcases the computational implementation of the above algorithm for addressing the cartographic problem of inset map placement in areas with land discontinuity

Geovisualisation and scale issues: finding scale combination with the development of computational methods in geo-informatics

In our days digital technology has pervaded cartography as the cartographic design and production processes ore entirely digital. The increasing power of the information technology permits geo-scientists and more specific geographers and cartographers to create more accurate and detailed geovisualizations at different scales. Mapmaking is on entirely digital process while nearly all map representations ore mode with digital tools. Thus expand the creation of new digital mapping processes. However, many aspects of cartographic design ore still carried out by "manual-digital" workflows. Several attempts have been made to develop algorithmic procedures and software tools in order to help cartographers to tackle specific cartographic problems and to improve the final mopping result. While the design and production of maps, as well as their distribution and visualization are indeed carried out by digital means, many specialized fields of cartography do not yet take full advantage of the potential offered by digital technology and the digital development of the cartographic procedure. While bits and bytes are an important cornerstone of modern cartography, there remain many fields awaiting further digital advancements. Such fields are the automated scale selection and the insetting procedure where expert knowledge in a very specialized field of cartography is required as well as mathematics in order to define and to describe scale relationships. Cartographers are dealing with problems that confront the necessity of designing novel algorithms and cartographic software tools in order to help them. One of the most serious problems faced by mapmakers is that of the selection of the most appropriate cartographic and geographic scale according the needs of the representation, the size of cartographic visualization but also the type of the digital imaging media. Another unique and special cartographic problem that geo-scientists are facing is that of «Land Discontinuity». This problem arises when cartographers want to visualize islands regions with multiple islands of significantly different size and is confronted in the portrayal of island regions where very small islands, and sometimes isolated ones, must be displayed in the main map. In this case these islands are difficult to be represented at the same scale as the main map. Consequently the main map scale sometimes causes small size islands to not be clearly viewed by the map reader or to not be clearly drawn. A clever trick and the most efficient cartographic solution is the creation of an inset map. Hence, this thesis deals with the automation of digital cartography in two areas: a) compiling scale issues with the creation of a mathematic model that help cartographers to the selection of the most appropriate geographical and cartographical scale according the needs of the representation, the size of cartographic visualization but also the type of the digital imaging media and b) implementing all the appropriate computational methods and cartographic techniques for the creation of multiple inset maps in order tackle the problem of the «Complexity of Land Discontinuity». These two areas are addressed with the creation of the 3D Scale Cube and Inset Mapper software tools. 3D Scale Cube is a software tool and a representation model of geographical, cartographical and spatial scales that interacts into Geovisualisation. This software tool has been developed by exploiting the mathematical functions that describe the different scale relationships. These functions help us to approach and to describe scales relationships with the size of visual extend of the visualization. Inset Mapper is a software tool for automated place and scale selection for inset maps that overcomes "Inset Scale and Misplacement Problems'' as well as insetting procedure difficulties. Inset Mapper is developed in MATLAB, along with other pertinent cartographic functionalities. This software tool attempts to emulate the steps a cartographer takes when deciding where to place and in which scale within a map to inset. To meet these requirements, Inset Mapper employs some new strategies of cartographic representation for the inset placement procedure, and for scale selection, in multiple inset maps visualizing island regions. This thesis explores selected aspects of the automated cartography described above, and contributes to the further digitalization of cartography. Its goal is to bring well-proven mathematical representations, computational procedures, design methods and production techniques, as well as new digital ways for selecting scales when creating geovisualizations. The implementation of 3D Scale Cube and Inset Mapper contributes to the integration of cartographic knowledge into software tools that perform automated processes in order to resolve cartographic problems.Η χρήση των συστημάτων υπολογιστών στη Χαρτογραφία έδωσε ώθηση στη δημιουργία νέων χαρτογραφικών μεθόδων και τεχνικών. Η συνεχώς αυξανόμενη υπολογιστική ισχύς τους επιτρέπει στους γεω-επιστήμονες και πιο συγκεκριμένα στους γεωγράφους και στους χαρτογράφους τη δημιουργία ψηφιακών αναπαραστάσεων του γεωγραφικού χώρου με ιδιαίτερα μεγάλη ακρίβεια καλύπτοντας όλο το εύρος των χαρτογραφικών κλιμάκων. Στις μέρες μας οι χαρτογραφικές εργασίες πραγματοποιούνται σχεδόν αποκλειστικά με τη χρήση ψηφιακών μέσων, ωστόσο αρκετά μεγάλος αριθμός πολύπλοκων διαδικασιών του χαρτογραφικού σχεδιασμού εξακολουθούν να υλοποιούνται με μη αυτοματοποιημένες ψηφιακές διεργασίες. Προς τη βελτίωση του τελικού χαρτογραφικού αποτελέσματος αλλά και της επίλυσης συγκεκριμένων χαρτογραφικών προβλημάτων έχουν κατασκευαστεί αρκετά χαρτογραφικά λογισμικά και έχουν αναπτυχθεί αρκετοί αλγόριθμοι. Ωστόσο πολλοί εξειδικευμένοι τομείς της Χαρτογραφίας δεν αξιοποιούν πλήρως την ψηφιακή ανάπτυξη και αυτοματοποίηση των χαρτογραφικών μεθόδων. Παράδειγμα αποτελούν η αυτοματοποιημένη επιλογή κλιμάκων και ο χαρτογραφικός σχεδιασμός ένθετων χαρτών. Στις περιπτώσεις αυτές η γνώση εξειδικευμένων χαρτογραφικών κανόνων αλλά και των κατάλληλων μαθηματικών για την περιγραφή και τη συσχέτιση των κλιμάκων είναι υποχρεωτική. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την ανάγκη δημιουργίας ψηφιακών εργαλείων για την αντιμετώπιση των δυσκολιών που προκύπτουν. Η Χαρτογραφία συχνά καλείται να αντιμετωπίσει προβλήματα για τα οποία η ανάπτυξη ειδικά σχεδιασμένου λογισμικού κρίνεται απαραίτητη. Ένα από τα σημαντικά χαρτογραφικά προβλήματα που αντιμετωπίζουν οι χαρτογράφοι είναι αυτό της επιλογής της βέλτιστης χαρτογραφικής και γεωγραφικής κλίμακας ανάλογα με το είδος, το μέγεθος της χαρτογραφικής οπτικοποίησης αλλά και το είδος του ψηφιακού μέσου απεικόνισης. Επιπρόσθετα ένα άλλο σημαντικό πρόβλημα είναι αυτό της «Χωρικής Ασυνέχειας του Γεωγραφικού Χώρου» το οποίο εμφανίζεται λόγω της χωρικής ιδιομορφίας που έχουν τα πραγματικά χαρτογραφικά δεδομένα. Συναντάται κατά κύριο λόγο στις οπτικοποιήσεις της Νησιωτικής Χαρτογραφίας και κυρίως σε απεικονίσεις μικρών ή απομονωμένων νησιών που περιέχονται ή και περιβάλουν την κυρίως περιοχή απεικόνισης. Στην περίπτωση αυτή απαιτείται η κατασκευή ένθετων χαρτών ως ο πιο αποτελεσματικός τρόπος αντιμετώπισης του προβλήματος αυτού αποτελώντας ταυτόχρονα τη βέλτιστη χαρτογραφική προσέγγιση. Στόχος της διατριβής είναι η διερεύνηση και η επίλυση των προβλημάτων: α) επιλογής της αποδοτικότερης χαρτογραφικής και γεωγραφικής κλίμακας σύμφωνα με το μέγεθος της απεικόνισης και το είδος του ψηφιακού μέσου που χρησιμοποιείται και β) της «Χωρικής Ασυνέχειας του Γεωγραφικού Χώρου» με τη χρήση αυτοματοποιημένων διαδικασιών επιλογής της βέλτιστης χαρτογραφικής κλίμακας και θέσης ένθετων χαρτών. Η προσπάθεια διερεύνησης και επίλυσης των προβλημάτων αυτών πραγματοποιήθηκε από τις εφαρμογές 3D Scale Cube και Inset Mapper αντίστοιχα, τα οποία αναπτύχθηκαν ειδικά γι' αυτόν το σκοπό. Το 3D Scale Cube είναι ένα εργαλείο που ενσωματώνει υπολογιστικές μεθόδους οι οποίες κωδικοποιούν τις συσχετίσεις των κλιμάκων της Γεωγραφίας Χαρτογραφική, και Γεωγραφική κλίμακα και της Ανάλυσης (resolution) των δεδομένων με στόχο να βοηθήσουν το χαρτογράφο να επιλέξει τη βέλτιστη χαρτογραφική ή γεωγραφική κλίμακα ανάλογα με το μέγεθος της οπτικοποίησης και το είδος του ψηφιακού μέσου απεικόνισης. Το Inset Mapper αποτέλεσε μια προσπάθεια ανάπτυξης ενός αυτοματοποιημένου εργαλείου που έχει ως στόχο την κωδικοποίηση της χαρτογραφικής γνώσης κατασκευής ένθετων χαρτών σε περιοχές με πρόβλημα «Χωρικής Ασυνέχειας». Έτσι απώτερος σκοπός του είναι να προσπαθήσει να «μιμηθεί» τα στάδια σχεδιασμού και τις αποφάσεις που παίρνει ένας χαρτογράφος όταν σχεδιάζει χαρτογραφικές αναπαραστάσεις που περιέχουν ένθετους χάρτες. Η εφαρμογή αυτή έχει σχεδιαστεί με στόχο να αποτελέσει μια χρήσιμη χαρτογραφική πλατφόρμα επιλογής τόσο της βέλτιστης χαρτογραφικής κλίμακας όσο και της βέλτιστης θέσης πολλαπλών ένθετων χαρτών που απεικονίζουν νησιωτικές περιοχές Οι ερευνητικές συνεισφορές αυτής της διατριβής που πραγματεύτηκε συγκεκριμένα πεδία της αυτοματοποιημένης Χαρτογραφίας, εντοπίζονται στο ότι μπορούν να συμβάλλουν στην αντιμετώπιση των ζητημάτων κλίμακας για πιο αποδοτικές και σωστές χαρτογραφικά απεικονίσεις μέσα από αυτοματοποιημένες διαδικασίες, με τη δημιουργία καλά δοκιμασμένων υπολογιστικών μεθόδων και τεχνικών χαρτογραφικού σχεδιασμού για την κατασκευή ψηφιακών χαρτογραφικών εργαλείων. Με την κατασκευή των 3D Scale Cube και Inset Mapper επιτεύχθηκε η ενσωμάτωση της χαρτογραφικής γνώσης σε εφαρμογές που εκτελούν αυτοματοποιημένες διεργασίες για την επίλυση αμιγώς χαρτογραφικών προβλημάτων

Control of island systems with high penetration of renewable energy sources and electricity storage

This dissertation investigates frequency control in autonomous power systems operating under high renewable energy sources (RES) share. Power regulation challenges faced in such grids, that are examined in this dissertation, include their low inertia, the need for reserve provision by stochastic RES, batteries with energy reserves limitations, pumped-hydro storage stations with limited ramping capabilities, as well as system operation supplied entirely by inverter-based resources. The investigation presented addresses two main topics, fast reserves provision and secondary frequency regulation. As regards fast reserves, a control strategy is introduced for a photovoltaic (PV) generator, allowing operation at a specified upward reserve level, along with primary frequency regulation and inertia emulation. Simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed method in supporting an island grid subjected to major active power equilibrium disturbances. In the absence of storage within the PV station, underfrequency support can only be provided when the station operates in curtailed output mode, depending on system conditions. The operation of autonomous systems under 100% inverter-based resources (batteries and stochastic RES) is also examined. In such conditions, the operation of some converters in grid forming mode is required. Simulation results from a non-interconnected island grid show that applying a droop-based grid-forming control scheme in battery converters achieves effective sharing of fast reserves amongst participating units, including PVs adopting the proposed control method. In addition, a comparative assessment is presented of solutions allowing the provision of primary reserves by hybrid stations, consisting of pumped-hydro storage and wind turbines, operating in island grids in the absence of thermal units (100% RES share). Assets utilized for reserve provision include Pelton hydro turbines, regulated via their water jet deflectors, variable speed pumps, wind turbines and batteries. Two novel control methods are introduced; the 1st utilizes the hydro units’ deflectors for fast reserve provision, while in the 2nd method batteries support the pumping facility of the hybrid station in tracking wind power variations. Simulation results demonstrate that the proposed deflector control supports the active power equilibrium, albeit at the detriment of energy efficiency. Battery storage is the most effective solution, especially when implementing the proposed wind farm – pumping station – battery storage coordinating control scheme. A novel three-level power control method is also introduced, allowing the effective participation of batteries in secondary reserves provision, in parallel with thermal units. The 1st control layer is implemented locally, at individual battery station level, ensuring operation within acceptable state of charge limits, while also providing primary reserves and inertia emulation. The 2nd control level is a central automatic generation control system that allocates required secondary reserves, limiting the contribution of batteries whose available energy reserves are diminishing. State of charge restoration is achieved via the economic dispatch algorithm of the 3rd level of control. In addition, a secondary frequency control method for 100% RES conditions is introduced. The effectiveness of the proposed control method is demonstrated via time-domain simulations of an island grid under conditions resulting in battery energy reserves depletion, while providing secondary reserves.Αντικείμενο της διατριβής αποτελεί η ρύθμιση συχνότητας σε αυτόνομα ηλεκτρικά συστήματα υπό συνθήκες υψηλής διείσδυσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ΑΠΕ). Βασικές δυσκολίες στη ρύθμιση τέτοιων δικτύων που διερευνώνται στην παρούσα διατριβή είναι η μειωμένη αδράνεια, η ανάγκη παροχής εφεδρειών από μονάδες ΑΠΕ στοχαστικής παραγωγής, συσσωρευτές περιορισμένου ενεργειακού αποθέματος και αντλησιοταμιευτικούς σταθμούς με περιορισμούς στην ταχύτητα απόκρισής τους, καθώς και η λειτουργία αυτόνομων συστημάτων σε συνθήκες υπό τις οποίες τροφοδοτούνται πλήρως από πόρους που συνδέονται μέσω μετατροπέων ισχύος. Η διατριβή κινείται σε δύο άξονες, της πρωτεύουσας ρύθμισης μέσω παροχής εφεδρειών ταχείας απόκρισης και της δευτερεύουσας ρύθμισης συχνότητας. Αναφορικά με τον πρώτο άξονα (εφεδρείες ταχείας απόκρισης), παρουσιάζεται μέθοδος ελέγχου φωτοβολταϊκών (Φ/Β) σταθμών που επιτρέπει τη λειτουργία σε συγκεκριμένο επίπεδο ανοδικών εφεδρειών, παρέχοντας επίσης πρωτεύουσα ρύθμιση συχνότητας και αδρανειακή απόκριση. Οι προσομοιώσεις που πραγματοποιήθηκαν αναδεικνύουν ότι η προτεινόμενη μέθοδος συμβάλλει αποτελεσματικά στη διαχείριση δυσμενών συνθηκών διαταραχής του ισοζυγίου ισχύος αυτόνομου ηλεκτρικού δικτύου. Απουσία εσωτερικής αποθήκευσης στο Φ/Β, η ικανότητα συμβολής του σε συνθήκες υποσυχνότητας επηρεάζεται καθοριστικά από το επίπεδο απορρίψεων μέρους της πρωτογενώς διαθέσιμης ενέργειας, το οποίο καθορίζεται αξιολογώντας τις εκάστοτε συνθήκες λειτουργίας. Στη συνέχεια διερευνάται η λειτουργία αυτόνομων συστημάτων υπό συνθήκες πλήρους (100%) τροφοδότησής τους από πόρους που συνδέονται στο δίκτυο μέσω μετατροπέων ισχύος (μπαταρίες και στοχαστικές ΑΠΕ). Από τις προσομοιώσεις νησιωτικού συστήματος συμπεραίνεται ότι η χρήση ελέγχου grid forming σε μέρος των μετατροπέων ισχύος, σε συνδυασμό με την εφαρμογή στατισμού σε όλα τα συστήματα συσσωρευτών, επιτυγχάνει αποτελεσματικό διαμοιρασμό εφεδρειών ταχείας απόκρισης μεταξύ του συνόλου των μονάδων, επιτρέποντας την αποτελεσματική εφαρμογή της προτεινόμενης μεθόδου ελέγχου στα Φ/Β. Επιπρόσθετα, πραγματοποιείται συγκριτική αξιολόγηση εναλλακτικών λύσεων παροχής πρωτεύουσας εφεδρείας σε αυτόνομα συστήματα που ηλεκτροδοτούνται από υβριδικό σταθμό που περιλαμβάνει αντλησιοταμίευση (υδροστροβίλους και αντλίες) και ανεμογεννήτριες, απουσία θερμικών μονάδων (100% ΑΠΕ). Τα μέσα που αξιοποιούνται για την παροχή πρωτεύουσας εφεδρείας είναι υδροστρόβιλοι τύπου Pelton, μέσω χρήσης των εκτροπέων δέσμης ύδατος που διαθέτουν, αντλίες μεταβλητών στροφών, ανεμογεννήτριες και συσσωρευτές. Προτείνονται δύο νέες μέθοδοι ελέγχου: η 1η αξιοποιεί τους εκτροπείς των υδροστροβίλων, ώστε να παρέχεται άμεσα η ζητούμενη εφεδρεία, ενώ στη 2η οι συσσωρευτές υποστηρίζουν επιπλέον την παρακολούθηση της παραγόμενης ισχύος των ανεμογεννητριών του υβριδικού σταθμού από το αντλιοστάσιο. Οι προσομοιώσεις αναδεικνύουν πως η προτεινόμενη χρήση εκτροπέων συμβάλλει στη ρύθμιση του ισοζυγίου ισχύος, οδηγώντας όμως σε ενεργειακή υποαξιοποίηση του υδάτινου αποθέματος. Η προσθήκη συσσωρευτών αναδεικνύεται ως η πλέον αποτελεσματική λύση, ειδικά στις περιπτώσεις που εφαρμόζεται η προτεινόμενη μέθοδος συγχρονισμού αιολικού πάρκου – αντλιοστασίου – συσσωρευτών. Επιπλέον των διερευνήσεων παροχής εφεδρειών ταχείας απόκρισης, αναπτύχθηκε μέθοδος ελέγχου τριών επιπέδων για την αποτελεσματική συμμετοχή συσσωρευτών στη δευτερεύουσα ρύθμιση συχνότητας, παράλληλα με θερμικές μονάδες. Το 1ο επίπεδο ελέγχου υλοποιείται τοπικά στις μονάδες συσσωρευτών και εξασφαλίζει διατήρηση ενεργειακών αποθεμάτων εντός αποδεκτών ορίων, παρέχοντας παράλληλα πρωτεύουσα εφεδρεία και αδρανειακή απόκριση. Το 2ο επίπεδο αποτελείται από το κεντρικό σύστημα αυτόματης ρύθμισης παραγωγής που διαμοιράζει την απαιτούμενη δευτερεύουσα εφεδρεία, περιορίζοντας τη συμβολή συσσωρευτών, των οποίων η στάθμη φόρτισης πλησιάζει στο μέγιστο/ελάχιστο αποδεκτό επίπεδο. Το ενεργειακό απόθεμα των μπαταριών επανέρχεται στα επιθυμητά επίπεδα με εφαρμογή του 3ου επιπέδου ελέγχου, που συνιστά προγραμματισμό οικονομικής κατανομής. Επιπρόσθετα, αναπτύσσεται και μέθοδος δευτερεύουσας ρύθμισης συχνότητας για εφαρμογή υπό συνθήκες 100% διείσδυσης ΑΠΕ. Η αποτελεσματικότητα εφαρμογής των προτεινόμενων στρατηγικών ελέγχου επιβεβαιώνεται από προσομοιώσεις λειτουργίας νησιωτικού δικτύου, υπό συνθήκες εξάντλησης του ενεργειακού αποθέματος συσσωρευτών που αναλαμβάνουν μεγάλο μέρος της δευτερεύουσας εφεδρείας

Solutions to Enhance Frequency Regulation in an Island System With Pumped-Hydro Storage Under 100% Renewable Energy Penetration

Seeking 100% renewable energy source (RES) penetration in low-inertia, isolated grids presents major challenges, including frequency control and stability. This is the case in small island systems relying on variable RES and pumped-hydro storage, where the limited ramping capabilities of hydro turbines compromise their frequency response. In this study, solutions are examined to allow the operation of such systems under 100% RES conditions. The Greek island of Ikaria is used as a study case, supplied by a hybrid RES-storage facility, consisting of hydroelectric units, a pumping facility and a wind farm. Solutions under study include the implementation of deflector control to allow provision of fast reserves by the Pelton hydro turbines, primary reserves provision by the wind farm, the enhancement of the variable speed pump control to contribute to primary frequency regulation, and, at a further step, the installation of battery energy storage to provide fast response for effective frequency regulation. All solutions are comparatively assessed via simulation to demonstrate that the proposed deflector control allows effective frequency regulation, albeit at the detriment of energy efficiency, whereas the variable speed pumps may also contribute to primary regulation in case of contingencies. It is battery storage that would decisively enhance frequency control and security of operation, while also allowing for improved tracking of wind power variations in normal operation; best results are achieved when batteries are combined with the other supplementary regulation measures, allowing a reduced battery capacity