Μελέτη τμήματος μικροδικτύου : ανάλυση και κατασκευή τριφασικού αντιστροφέα τάσης για διασύνδεση ανεμογεννήτριας μικρής ισχύος στο δίκτυο
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη ενός τμήματος μικροδικτύου και εστιάζει στην ανάλυση ενός συστήματος διασύνδεσης μιας ανεμογεννήτριας, ονομαστικής ισχύος 1kW, με το δίκτυο χαμηλής τάσης. Συγκεκριμένα, πραγματεύεται τη σχεδίαση, κατασκευή και έλεγχο ενός τριφασικού αντιστροφέα π...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Μορφή: | Thesis |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2017
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/10592 |
| id |
nemertes-10889-10592 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Τριφασικοί αντιστροφείς Ανεμογεννήτριες Three-phase inverters Wind turbines 621.381 532 2 |
| spellingShingle |
Τριφασικοί αντιστροφείς Ανεμογεννήτριες Three-phase inverters Wind turbines 621.381 532 2 Κουτσογεώργος, Δημήτριος Μελέτη τμήματος μικροδικτύου : ανάλυση και κατασκευή τριφασικού αντιστροφέα τάσης για διασύνδεση ανεμογεννήτριας μικρής ισχύος στο δίκτυο |
| description |
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη ενός τμήματος μικροδικτύου και εστιάζει στην ανάλυση ενός συστήματος διασύνδεσης μιας ανεμογεννήτριας, ονομαστικής ισχύος 1kW, με το δίκτυο χαμηλής τάσης. Συγκεκριμένα, πραγματεύεται τη σχεδίαση, κατασκευή και έλεγχο ενός τριφασικού αντιστροφέα που αποτελεί την τελευταία βαθμίδα πριν τη σύνδεση με το δίκτυο χαμηλής τάσης. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών.
Σκοπός είναι η διασύνδεση της ανεμογεννήτριας με το δίκτυο χαμηλής τάσης μέσω δύο βαθμίδων: ενός μετατροπέα ανύψωσης τάσης και ενός τριφασικού αντιστροφέα. Ο μετατροπέας ανύψωσης τάσης αποτέλεσε αντικείμενο μελέτης της διπλωματικής εργασίας του κ. Ιωάννη Γκαρτζώνη, ενώ στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται και σχεδιάζεται ο τριφασικός αντιστροφέας. Αμφότερες οι διατάξεις περιλαμβάνουν ελέγχους κλειστού βρόχου, μέσω των οποίων απομαστεύεται η μέγιστη ισχύς από την ανεμογεννήτρια (έλεγχος μετατροπέα ανύψωσης) και διατηρείται σταθερή η τάση μεταξύ των δύο βαθμίδων, παρέχοντας ενεργό ισχύ στο δίκτυο υπό μοναδιαίο συντελεστή ισχύος (έλεγχος τριφασικού αντιστροφέα).
Αρχικά, παρουσιάζεται το ενεργειακό πρόβλημα καθώς και οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας ως λύση του προβλήματος. Επιπλέον, γίνεται μια σύντομη αναφορά στα μικροδίκτυα και αναφέρονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των υπεράκτιων ανεμογεννητριών ενώ αναλύεται και ο τρόπος με τον οποίο η αιολική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική.
Στη συνέχεια, γίνεται θεωρητική ανάλυση για κάθε βαθμίδα του συνολικού συστήματος. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στη λειτουργία του τριφασικού αντιστροφέα και στην τεχνική παλμοδότησής του που ονομάζεται Ημιτονοειδής Διαμόρφωση του Εύρους των Παλμών (Sinusoidal Pulse Width Modulation - SPWM). ¬¬¬¬¬¬¬
Το επόμενο βήμα αποτελεί η προσομοίωση στο λογισμικό προσομοίωσης κυκλωμάτων Simulink του Matlab, τόσο του τριφασικού αντιστροφέα σε ανοιχτό και σε κλειστό βρόχο, όσο και ολόκληρου του συστήματος διασύνδεσης. Ο κλειστός βρόχος αποτελεί ένα νέο και άμεσο έλεγχο της ισχύος που παρέχεται στο δίκτυο. Επιπρόσθετα, περιγράφεται ο σχεδιασμός και η κατασκευή όλων των κυκλωμάτων που απαιτούνται για την υλοποίηση του τριφασικού αντιστροφέα, καθώς και των κυκλωμάτων ελέγχου του.
Τέλος, πραγματοποιούνται πειραματικές δοκιμές για να διαπιστωθεί η ορθή λειτουργία των βαθμίδων που κατασκευάστηκαν, να εντοπιστούν και δικαιολογηθούν τυχόν διαφορές μεταξύ της θεωρητικής ανάλυσης και των μετρήσεων στην πραγματική διάταξη, καθώς και για να εκτιμηθεί τόσο η απόδοση του συστήματος, όσο και η λειτουργία ελέγχου κλειστού βρόχου. |
| author2 |
Τατάκης, Εμμανουήλ |
| author_facet |
Τατάκης, Εμμανουήλ Κουτσογεώργος, Δημήτριος |
| format |
Thesis |
| author |
Κουτσογεώργος, Δημήτριος |
| author_sort |
Κουτσογεώργος, Δημήτριος |
| title |
Μελέτη τμήματος μικροδικτύου : ανάλυση και κατασκευή τριφασικού αντιστροφέα τάσης για διασύνδεση ανεμογεννήτριας μικρής ισχύος στο δίκτυο |
| title_short |
Μελέτη τμήματος μικροδικτύου : ανάλυση και κατασκευή τριφασικού αντιστροφέα τάσης για διασύνδεση ανεμογεννήτριας μικρής ισχύος στο δίκτυο |
| title_full |
Μελέτη τμήματος μικροδικτύου : ανάλυση και κατασκευή τριφασικού αντιστροφέα τάσης για διασύνδεση ανεμογεννήτριας μικρής ισχύος στο δίκτυο |
| title_fullStr |
Μελέτη τμήματος μικροδικτύου : ανάλυση και κατασκευή τριφασικού αντιστροφέα τάσης για διασύνδεση ανεμογεννήτριας μικρής ισχύος στο δίκτυο |
| title_full_unstemmed |
Μελέτη τμήματος μικροδικτύου : ανάλυση και κατασκευή τριφασικού αντιστροφέα τάσης για διασύνδεση ανεμογεννήτριας μικρής ισχύος στο δίκτυο |
| title_sort |
μελέτη τμήματος μικροδικτύου : ανάλυση και κατασκευή τριφασικού αντιστροφέα τάσης για διασύνδεση ανεμογεννήτριας μικρής ισχύος στο δίκτυο |
| publishDate |
2017 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/10592 |
| work_keys_str_mv |
AT koutsogeōrgosdēmētrios meletētmēmatosmikrodiktyouanalysēkaikataskeuētriphasikouantistropheatasēsgiadiasyndesēanemogennētriasmikrēsischyosstodiktyo AT koutsogeōrgosdēmētrios microgridsectionstudyanalysisandconstructionofthreephasevoltageinverterfortheinterconnectionofsmallwindpowergeneratorwiththelowvoltagegrid |
| _version_ |
1771297318100795392 |
| spelling |
nemertes-10889-105922022-09-05T20:12:42Z Μελέτη τμήματος μικροδικτύου : ανάλυση και κατασκευή τριφασικού αντιστροφέα τάσης για διασύνδεση ανεμογεννήτριας μικρής ισχύος στο δίκτυο Microgrid section study : analysis and construction of three-phase voltage inverter for the interconnection of small wind power generator with the low voltage grid Κουτσογεώργος, Δημήτριος Τατάκης, Εμμανουήλ Τατάκης, Εμμανουήλ Βοβός, Παναγής Koutsogeorgos, Dimitrios Τριφασικοί αντιστροφείς Ανεμογεννήτριες Three-phase inverters Wind turbines 621.381 532 2 Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη ενός τμήματος μικροδικτύου και εστιάζει στην ανάλυση ενός συστήματος διασύνδεσης μιας ανεμογεννήτριας, ονομαστικής ισχύος 1kW, με το δίκτυο χαμηλής τάσης. Συγκεκριμένα, πραγματεύεται τη σχεδίαση, κατασκευή και έλεγχο ενός τριφασικού αντιστροφέα που αποτελεί την τελευταία βαθμίδα πριν τη σύνδεση με το δίκτυο χαμηλής τάσης. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός είναι η διασύνδεση της ανεμογεννήτριας με το δίκτυο χαμηλής τάσης μέσω δύο βαθμίδων: ενός μετατροπέα ανύψωσης τάσης και ενός τριφασικού αντιστροφέα. Ο μετατροπέας ανύψωσης τάσης αποτέλεσε αντικείμενο μελέτης της διπλωματικής εργασίας του κ. Ιωάννη Γκαρτζώνη, ενώ στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται και σχεδιάζεται ο τριφασικός αντιστροφέας. Αμφότερες οι διατάξεις περιλαμβάνουν ελέγχους κλειστού βρόχου, μέσω των οποίων απομαστεύεται η μέγιστη ισχύς από την ανεμογεννήτρια (έλεγχος μετατροπέα ανύψωσης) και διατηρείται σταθερή η τάση μεταξύ των δύο βαθμίδων, παρέχοντας ενεργό ισχύ στο δίκτυο υπό μοναδιαίο συντελεστή ισχύος (έλεγχος τριφασικού αντιστροφέα). Αρχικά, παρουσιάζεται το ενεργειακό πρόβλημα καθώς και οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας ως λύση του προβλήματος. Επιπλέον, γίνεται μια σύντομη αναφορά στα μικροδίκτυα και αναφέρονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των υπεράκτιων ανεμογεννητριών ενώ αναλύεται και ο τρόπος με τον οποίο η αιολική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική. Στη συνέχεια, γίνεται θεωρητική ανάλυση για κάθε βαθμίδα του συνολικού συστήματος. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στη λειτουργία του τριφασικού αντιστροφέα και στην τεχνική παλμοδότησής του που ονομάζεται Ημιτονοειδής Διαμόρφωση του Εύρους των Παλμών (Sinusoidal Pulse Width Modulation - SPWM). ¬¬¬¬¬¬¬ Το επόμενο βήμα αποτελεί η προσομοίωση στο λογισμικό προσομοίωσης κυκλωμάτων Simulink του Matlab, τόσο του τριφασικού αντιστροφέα σε ανοιχτό και σε κλειστό βρόχο, όσο και ολόκληρου του συστήματος διασύνδεσης. Ο κλειστός βρόχος αποτελεί ένα νέο και άμεσο έλεγχο της ισχύος που παρέχεται στο δίκτυο. Επιπρόσθετα, περιγράφεται ο σχεδιασμός και η κατασκευή όλων των κυκλωμάτων που απαιτούνται για την υλοποίηση του τριφασικού αντιστροφέα, καθώς και των κυκλωμάτων ελέγχου του. Τέλος, πραγματοποιούνται πειραματικές δοκιμές για να διαπιστωθεί η ορθή λειτουργία των βαθμίδων που κατασκευάστηκαν, να εντοπιστούν και δικαιολογηθούν τυχόν διαφορές μεταξύ της θεωρητικής ανάλυσης και των μετρήσεων στην πραγματική διάταξη, καθώς και για να εκτιμηθεί τόσο η απόδοση του συστήματος, όσο και η λειτουργία ελέγχου κλειστού βρόχου. This diploma thesis deals with the study and construction of a three-phase inverter, which is used for the interconnection of an 1kW wind power generator, that has a full-wave rectifier connected at its output, with the low voltage power grid. The study was conducted at the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion, at the Department of Electrical and Computer Engineering in University of Patras. The aim is to construct a two-part topology, used to interconnect the wind turbine with the low voltage power grid. The first part of topology is a DC/DC converter (Interleaved Boost) and its purpose is to track the Maximum Power Point of the wind turbine. The second part is a three-phase DC/AC converter (Inverter) used to produce three alternating voltages to interconnect with the low-voltage power grid and also to maintain at a predefined value the voltage of the capacitor, which is placed at the output of Interleaved Boost converter and the input of the three-phase Inverter, by controlling the active power that is injected to the grid while maintaining unity power factor. The main objective of this diploma thesis is the study and construction of the three-phase inverter. Firstly, the advantages and challenges in exploiting the offshore wind power are listed along with today’s perspectives. The current technology of wind turbines and the techniques used to interconnect them with low, medium and high voltage power grid are also presented, to provide the reader with a complete presentation on the subject. Furthermore, a theoretical analysis of all the parts used in the topology is provided with great emphasis on the analysis of the inverter and the methods used to generate the pulses that control the inverter. After a brief sizing of the topology under investigation, various methods of controlling the flow of power of the inverter are presented. In addition, an analysis of the technical characteristics of the inverter and the circuits that is consisted of is provided, along with the process used to produce the code for the microcontroller DSPIC30F4011 manufactured by Microchip that controls the inverter. Finally, providing waveforms and measurements taken during the experiments that were conducted on the constructed inverter, we observe the behavior of the system in an open loop control. 2017-08-25T05:53:52Z 2017-08-25T05:53:52Z 2017-07 Thesis http://hdl.handle.net/10889/10592 gr 0 application/pdf |
