Μεταβατική συμπεριφορά συστημάτων με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας

• Κύριος συγγραφέας: Σακελλαράκου, Νικολέττα
• Άλλοι συγγραφείς: Πυργιώτη, Ελευθερία
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2017
• Θέματα: Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ); Αιολική ενέργεια; Αιολικά συστήματα; Επαγωγική γεννήτρια διπλής τροφοδοσίας; Μεταβατικά φαινόμενα; Κεραυνικά πλήγματα; Renewable energy sources (RES); Wind power; Wind systems; Doubly fed induction generator; Lightning strikes; Transients; Matlab/Simulink; 621.312 136

Η διαφαινόμενη εξάντληση των ενεργειακών αποθεμάτων των συμβατικών καυσίμων του πλανήτη μας, σε συνδυασμό με τη διαρκώς αυξανόμενη ζήτηση ενέργειας και τη βαθμιαία επιδείνωση των περιβαλλοντικών προβλημάτων, οδήγησε τις σύγχρονες κοινωνίες να στραφούν προς την αξιοποίηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Για αυτούς ακριβώς τους λόγους, οι ΑΠΕ αποτελούν αντικείμενο μελέτης και προβληματισμού του ηλεκτρολόγου μηχανικού. Η πλέον ελπιδοφόρα μορφή ΑΠΕ είναι η αιολική. Τα τελευταία χρόνια ο αριθμός της εγκατεστημένης ισχύος αιολικών συστημάτων έχει αυξηθεί ραγδαία. Η εγκατάσταση ανεμογεννητριών όμως, σε ένα ήδη διαμορφωμένο δίκτυο παραγωγής, μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, είναι μία σύνθετη διαδικασία που εμπεριέχει σφάλματα. Για το λόγο αυτό υπάρχει μία σειρά προϋποθέσεων και κανονισμών για τη διασύνδεση αυτή. Ιδιαίτερα κρίσιμο είναι το ζήτημα των υπερτάσεων που δημιουργούνται λόγω κεραυνικών πληγμάτων σε ένα αιολικό σύστημα που είναι συνδεδεμένο στο δίκτυο. Το κεραυνικό πλήγμα σε αυτή την περίπτωση προκαλεί μία σειρά από επιπτώσεις που ποικίλουν από σφάλματα ή βλάβες σε συγκεκριμένα στοιχεία του συστήματος, μέχρι και την ολική κατάρρευσή του, αν δεν υπάρχουν τα κατάλληλα συστήματα προστασίας. Σε πρώτη φάση, η παρούσα εργασία επιχειρεί την εξοικείωση με τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και ιδιαίτερα με τα αιολικά συστήματα, καθώς και με το φαινόμενο του κεραυνού. Ο βασικός στόχος της είναι η -μέσω προσομοιώσεων με το MATLAB/Simulink- μελέτη των μεταβατικών φαινομένων που παρατηρούνται σε αιολικά συστήματα λόγω υπερτάσεων που προκαλούνται από κεραυνικά πλήγματα και η εξαγωγή συμπερασμάτων για τη βελτίωση των συστημάτων αντικεραυνικής προστασίας. Ακολουθεί μία σύντομη περιγραφή των θεμάτων που καλύπτονται σε κάθε κεφάλαιο. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μία περιγραφή του σύγχρονου ενεργειακού τοπίου και της στροφής προς τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Πιο συγκεκριμένα, παρουσιάζονται τα είδη των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους, καθώς και η ανάπτυξή τους τα τελευταία χρόνια σε διεθνές και εθνικό επίπεδο. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύεται η αιολική ενέργεια, καθώς επίσης και τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματά της. Περιγράφεται ο ρυθμός αξιοποίησης της τα τελευταία χρόνια σε παγκόσμιο, ευρωπαϊκό και εγχώριο επίπεδο και αναφέρονται οι προοπτικές της. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα κυριότερα ανεμολογικά στοιχεία, τα βασικά χαρακτηριστικά των ανεμογεννητριών και τα αιολικά πάρκα. Επιπλέον, αναφέρονται οι βασικοί κανονισμοί και προϋποθέσεις για τη σύνδεση των ανεμογεννητριών στο δίκτυο. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στα μεταβατικά φαινόμενα σε συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας, καθώς και μία ταξινόμηση αυτών. Στη συνέχεια, αναλύονται το φαινόμενο του κεραυνού, οι κύριες παράμετροι και τα βασικά χαρακτηριστικά του, καθώς και οι συνέπειες των κεραυνικών πληγμάτων. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στη μεθοδολογία προσομοιώσεων ηλεκτρικών συστημάτων με χρήση υπολογιστικών προγραμμάτων και περιγράφεται το περιβάλλον προσομοιώσεων MATLAB/Simulink που χρησιμοποιείται στην παρούσα εργασία. Επιπρόσθετα, παρουσιάζονται κάποια απλά παραδείγματα για την εξοικείωση με το MATLAB και τις βιβλιοθήκες που θα χρησιμοποιηθούν. Στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα στοιχεία του προτύπου IEC 62305-1 για το κεραυνικό ρεύμα και τις παραμέτρους του και στη συνέχεια παρουσιάζεται η μέθοδος υλοποίησης της μονάδας που το αντιπροσωπεύει στο μοντέλο προσομοιώσεων. Στο έβδομο κεφάλαιο παρατίθενται στοιχεία για τις ανεμογεννήτριες μεταβλητής ταχύτητας με επαγωγική γεννήτρια διπλής τροφοδοσίας, περιγράφεται η μεθοδολογία της δυναμικής μοντελοποίησης και αναλύεται διεξοδικά η διαδικασία μοντελοποίησης του αιολικού συστήματος, του οποίου η λειτουργία θα προσομοιωθεί στα πλαίσια της παρούσας εργασίας. Στο όγδοο και τελευταίο κεφάλαιο παρουσιάζεται το τελικό μοντέλο προσομοιώσεων που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της εργασίας χρησιμοποιώντας το περιβάλλον προσομοιώσεων MATLAB/Simulink. Παρατίθενται επίσης οι μετρήσεις που εξήχθησαν και παρουσιάζονται τα συμπεράσματα του πρακτικού μέρους της εργασίας.