Μελέτη και ανάπτυξη συσκευής ανάλυσης αρμονικών με δυνατότητα διασύνδεσης με συσκευές μικροδικτύου
Στη σημερινή εποχή γίνεται εντονότερη η ανάγκη για εκσυγχρονισμό των συμβατικών συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας και για το λόγο αυτό κερδίζει έδαφος η εμφάνιση έξυπνων δικτύων και μικροδικτύων για την παραγωγή και διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας. Οι αρμονικές αποτελούν έναν από τους κυριότερους παρ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Μορφή: | Thesis |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2017
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/10084 |
| id |
nemertes-10889-10084 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Αρμονικές Ανάλυση αρμονικών Μικροδίκτυα Μετασχηματισμός Fourier Ταχεία προτυποποίηση Μόνιμη κυρίαρχη στάθμη Harmonics Harmonic analysis Microgrids Fourier transform FFT Rapid prototyping Simulink CAN Permanent dominant state 621.31 |
| spellingShingle |
Αρμονικές Ανάλυση αρμονικών Μικροδίκτυα Μετασχηματισμός Fourier Ταχεία προτυποποίηση Μόνιμη κυρίαρχη στάθμη Harmonics Harmonic analysis Microgrids Fourier transform FFT Rapid prototyping Simulink CAN Permanent dominant state 621.31 Τασιούλης, Ευάγγελος Μελέτη και ανάπτυξη συσκευής ανάλυσης αρμονικών με δυνατότητα διασύνδεσης με συσκευές μικροδικτύου |
| description |
Στη σημερινή εποχή γίνεται εντονότερη η ανάγκη για εκσυγχρονισμό των συμβατικών συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας και για το λόγο αυτό κερδίζει έδαφος η εμφάνιση έξυπνων δικτύων και μικροδικτύων για την παραγωγή και διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας. Οι αρμονικές αποτελούν έναν από τους κυριότερους παράγοντες που πλήττουν την αποτελεσματική λειτουργία των μικροδικτύων, ιδίως λόγω της ευρείας χρήσης μετατροπέων και μη γραμμικών φορτίων. Η ανάλυση του αρμονικού φάσματος συμβάλλει καθοριστικά στην αξιολόγηση της ποιότητας ισχύος που διακινείται στο μικροδίκτυο. Επιπλέον, οι πιο σύγχρονες και διαδομένες μέθοδοι αντιμετώπισης αρμονικών, όπως κάποιες τεχνικές ενεργού φιλτραρίσματος, βασίζονται στον σαφή προσδιορισμό του αρμονικού περιεχομένου της τάσης ή του ρεύματος, προτού προχωρήσουν στη διαδικασία εξάλειψης των αρμονικών.
Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη και η ανάπτυξη μιας συσκευής, η οποία αναλύει το αρμονικό περιεχόμενο της τάσης σε κάποιο κόμβο ενός μικροδικτύου ηλεκτρικής ενέργειας, στο οποίο διασυνδέεται. Συγκεκριμένα υπολογίζεται η συχνότητα της τάσης, το μέτρο της βασικής αρμονικής, τα μέτρα των ανώτερων αρμονικών ως ποσοστά επί της βασικής αρμονικής και οι φάσεις των ανώτερων αρμονικών με αναφορά τη φάση της βασικής αρμονικής. Ως εργαλείο για την αρμονική ανάλυση επιλέγεται μεταξύ άλλων ο μετασχηματισμός Fourier. Για τον προγραμματισμό της συσκευής ακολουθείται η μέθοδος της ταχείας προτυποποίησης, ενώ η ανάπτυξη του αντίστοιχου μοντέλου γίνεται με χρήση της πλατφόρμας Matlab/Simulink.
Τα αποτελέσματα της αρμονικής ανάλυσης διαμοιράζονται τηλεπικοινωνιακά σε άλλες συσκευές του μικροδικτύου μέσω του δικτύου CAN. Το δίκτυο CAN ενδείκνυται για τη συγκεκριμένη εφαρμογή, καθώς παρέχει ασφαλή και ταχύτατη μετάδοση δεδομένων ταυτόχρονα με την εύκολη σύνδεση και αποσύνδεση μιας συσκευής στο δίαυλο. Παράλληλα, διαγνώστηκαν προβλήματα που αφορούν την επικοινωνία μεταξύ δύο κόμβων και σχεδιάστηκε μια ειδική συσκευή, ώστε να αποτρέπεται η ρήξη αυτής.
Για την απόδειξη της ορθής της λειτουργίας της συσκευής έλαβε χώρα η διεξαγωγή μιας πειραματικής διαδικασίας, κατά την οποία αναλύθηκε το αρμονικό περιεχόμενο της τάσης για τρία διαφορετικά ηλεκτρικά φορτία που τροφοδοτούνται από έναν μετατροπέα DC/AC. Τα αποτελέσματα συγκρίνονται με αυτά που προέκυψαν από έναν παλμογράφο με δυνατότητα αρμονικής ανάλυσης. Τέλος, παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που εξάγονται από την παρούσα εργασία και συζητούνται οι προοπτικές και οι μελλοντικές επεκτάσεις που αφορούν την επικείμενη συσκευή. Η συσκευή μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο για την αξιολόγηση της ποιότητας της διακινούμενης ισχύος ενός μικροδικτύου, όσο και σε συνδυασμό με μια συσκευή ενεργού φιλτραρίσματος για την εξάλειψη αρμονικών. |
| author2 |
Βοβός, Παναγής |
| author_facet |
Βοβός, Παναγής Τασιούλης, Ευάγγελος |
| format |
Thesis |
| author |
Τασιούλης, Ευάγγελος |
| author_sort |
Τασιούλης, Ευάγγελος |
| title |
Μελέτη και ανάπτυξη συσκευής ανάλυσης αρμονικών με δυνατότητα διασύνδεσης με συσκευές μικροδικτύου |
| title_short |
Μελέτη και ανάπτυξη συσκευής ανάλυσης αρμονικών με δυνατότητα διασύνδεσης με συσκευές μικροδικτύου |
| title_full |
Μελέτη και ανάπτυξη συσκευής ανάλυσης αρμονικών με δυνατότητα διασύνδεσης με συσκευές μικροδικτύου |
| title_fullStr |
Μελέτη και ανάπτυξη συσκευής ανάλυσης αρμονικών με δυνατότητα διασύνδεσης με συσκευές μικροδικτύου |
| title_full_unstemmed |
Μελέτη και ανάπτυξη συσκευής ανάλυσης αρμονικών με δυνατότητα διασύνδεσης με συσκευές μικροδικτύου |
| title_sort |
μελέτη και ανάπτυξη συσκευής ανάλυσης αρμονικών με δυνατότητα διασύνδεσης με συσκευές μικροδικτύου |
| publishDate |
2017 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/10084 |
| work_keys_str_mv |
AT tasioulēseuangelos meletēkaianaptyxēsyskeuēsanalysēsarmonikōnmedynatotētadiasyndesēsmesyskeuesmikrodiktyou AT tasioulēseuangelos studyanddevelopmentofaharmonicanalysisdevicewiththeabilitytointerconnectwithothermicrogriddevices |
| _version_ |
1771297129845751808 |
| spelling |
nemertes-10889-100842022-09-05T04:59:54Z Μελέτη και ανάπτυξη συσκευής ανάλυσης αρμονικών με δυνατότητα διασύνδεσης με συσκευές μικροδικτύου Study and development of a harmonic analysis device with the ability to interconnect with other microgrid devices Τασιούλης, Ευάγγελος Βοβός, Παναγής Τατάκης, Εμμανουήλ Tasioulis, Evaggelos Αρμονικές Ανάλυση αρμονικών Μικροδίκτυα Μετασχηματισμός Fourier Ταχεία προτυποποίηση Μόνιμη κυρίαρχη στάθμη Harmonics Harmonic analysis Microgrids Fourier transform FFT Rapid prototyping Simulink CAN Permanent dominant state 621.31 Στη σημερινή εποχή γίνεται εντονότερη η ανάγκη για εκσυγχρονισμό των συμβατικών συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας και για το λόγο αυτό κερδίζει έδαφος η εμφάνιση έξυπνων δικτύων και μικροδικτύων για την παραγωγή και διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας. Οι αρμονικές αποτελούν έναν από τους κυριότερους παράγοντες που πλήττουν την αποτελεσματική λειτουργία των μικροδικτύων, ιδίως λόγω της ευρείας χρήσης μετατροπέων και μη γραμμικών φορτίων. Η ανάλυση του αρμονικού φάσματος συμβάλλει καθοριστικά στην αξιολόγηση της ποιότητας ισχύος που διακινείται στο μικροδίκτυο. Επιπλέον, οι πιο σύγχρονες και διαδομένες μέθοδοι αντιμετώπισης αρμονικών, όπως κάποιες τεχνικές ενεργού φιλτραρίσματος, βασίζονται στον σαφή προσδιορισμό του αρμονικού περιεχομένου της τάσης ή του ρεύματος, προτού προχωρήσουν στη διαδικασία εξάλειψης των αρμονικών. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη και η ανάπτυξη μιας συσκευής, η οποία αναλύει το αρμονικό περιεχόμενο της τάσης σε κάποιο κόμβο ενός μικροδικτύου ηλεκτρικής ενέργειας, στο οποίο διασυνδέεται. Συγκεκριμένα υπολογίζεται η συχνότητα της τάσης, το μέτρο της βασικής αρμονικής, τα μέτρα των ανώτερων αρμονικών ως ποσοστά επί της βασικής αρμονικής και οι φάσεις των ανώτερων αρμονικών με αναφορά τη φάση της βασικής αρμονικής. Ως εργαλείο για την αρμονική ανάλυση επιλέγεται μεταξύ άλλων ο μετασχηματισμός Fourier. Για τον προγραμματισμό της συσκευής ακολουθείται η μέθοδος της ταχείας προτυποποίησης, ενώ η ανάπτυξη του αντίστοιχου μοντέλου γίνεται με χρήση της πλατφόρμας Matlab/Simulink. Τα αποτελέσματα της αρμονικής ανάλυσης διαμοιράζονται τηλεπικοινωνιακά σε άλλες συσκευές του μικροδικτύου μέσω του δικτύου CAN. Το δίκτυο CAN ενδείκνυται για τη συγκεκριμένη εφαρμογή, καθώς παρέχει ασφαλή και ταχύτατη μετάδοση δεδομένων ταυτόχρονα με την εύκολη σύνδεση και αποσύνδεση μιας συσκευής στο δίαυλο. Παράλληλα, διαγνώστηκαν προβλήματα που αφορούν την επικοινωνία μεταξύ δύο κόμβων και σχεδιάστηκε μια ειδική συσκευή, ώστε να αποτρέπεται η ρήξη αυτής. Για την απόδειξη της ορθής της λειτουργίας της συσκευής έλαβε χώρα η διεξαγωγή μιας πειραματικής διαδικασίας, κατά την οποία αναλύθηκε το αρμονικό περιεχόμενο της τάσης για τρία διαφορετικά ηλεκτρικά φορτία που τροφοδοτούνται από έναν μετατροπέα DC/AC. Τα αποτελέσματα συγκρίνονται με αυτά που προέκυψαν από έναν παλμογράφο με δυνατότητα αρμονικής ανάλυσης. Τέλος, παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που εξάγονται από την παρούσα εργασία και συζητούνται οι προοπτικές και οι μελλοντικές επεκτάσεις που αφορούν την επικείμενη συσκευή. Η συσκευή μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο για την αξιολόγηση της ποιότητας της διακινούμενης ισχύος ενός μικροδικτύου, όσο και σε συνδυασμό με μια συσκευή ενεργού φιλτραρίσματος για την εξάλειψη αρμονικών. Nowadays there is a growing need for evolving the traditional power grids and this is the reason why the appearance of smart grids and microgrids, used for generating and distributing electric power, has been gaining ground. Harmonics are one of the prime factors that affect negatively the correct function of a microgrid, mainly due to the presence of converters and non linear loads. Harmonic analysis contributes in the evaluation of the power quality that is flowing into the microgrid. Furthermore, the most advanced and commonly used methods for harmonic mitigation, such as some active filtering techniques, are based on the precise specification of the harmonic content of the voltage or current, before entering the harmonic cancelation process. The aim of this dissertation is the study and development of a device, which can analyze the harmonic content of the voltage at some node of the microgrid that is connected to. More specifically, the device calculates the voltage’s fundamental frequency, the first harmonic’s amplitude, the amplitude of higher harmonics as a percentage of first harmonic’s one and the angle of higher harmonics with regard to first harmonic’s one. Fourier Transform is selected among others as the crucial tool for the harmonic analysis. The programming of the device is done after the method of rapid prototyping, while the development of the corresponding model is implemented using Matlab/Simulink software. The results of the harmonic analysis are shared with other microgrid devices via CAN bus. The use of CAN bus is suggested due to the safe and fast data transfer, along with providing easy connection/disconnection of the device to the bus. Moreover, problems regarding the communication between two nodes were diagnosed and thus a special device is developed, so that a possible communication abruption will be prevented. In order to prove the device’s proper function, an experimental procedure took place, where the harmonic content of the voltage of three different electric loads supplied by a DC/AC converter was analyzed. The results are compared with the similar ones taken by an oscilloscope, which has a harmonic analysis application. Finally, conclusions regarding the whole dissertation are presented and potential and future expansions of the impending device are discussed. The device can be used either for the evaluation of a microgrid’s flowing power quality or for assisting an active filtering device used for harmonic mitigation. 2017-02-10T11:35:02Z 2017-02-10T11:35:02Z 2016-10-20 Thesis http://hdl.handle.net/10889/10084 gr 0 application/pdf |
