Μελέτη, κατασκευή και έλεγχος αιολικού συστήματος για σύνδεση με το δίκτυο χαμηλής τάσης

• Κύριοι συγγραφείς: Παπαδόπουλος, Θεόφιλος, Κουκούλης, Ευθύμιος
• Άλλοι συγγραφείς: Τατάκης, Εμμανουήλ
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2019
• Θέματα: Τριφασικοί αντιστροφείς; Σύνδεση σε δίκτυο; Έλεγχος ισχύος; Ανεμογεννήτριες; Three phase inverters; Power control; Wind turbines; 621.312 136

Η εργασία αυτή πραγματεύεται τη μελέτη ενός συστήματος διασύνδεσης μιας ανεμογεννήτριας μικρής ισχύος, με το δίκτυο χαμηλής τάσης, με τρόπο, όμως, που χρησιμοποιείται σε ανεμογεννήτριες μεγαλύτερης ισχύος και σε αιολικά πάρκα. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην ανάλυση, το σχεδιασμό και την κατασκευή ενός τριφασικού αντιστροφέα, που είναι υπεύθυνος για το συγχρονισμό και τον έλεγχο της μεταφερόμενης ισχύος. Για τη διασύνδεση της ανεμογεννήτριας με το δίκτυο γίνεται χρήση δύο διατάξεων ηλεκτρονικών ισχύος και ορισμένων άλλων βοηθητικών υποσυστημάτων. Με σειρά, από την ανεμογεννήτρια προς το δίκτυο έχουμε: Ανεμογεννήτρια, Τριφασική Γέφυρα Ανόρθωσης, Μετατροπέας Boost, DC Bus, Αντιστροφέας, Τριφασικό Πηνίο, Τριφασικός Μετασχηματιστής, Φίλτρο Δικτύου, Ρελέ Διασύνεσης και Δίκτυο. Αμφότερες οι διατάξεις των ηλεκτρονικών ισχύος, έχουν έλεγχο κλειστού βρόχου. Ο έλεγχος του Μετατροπέα Boost στοχεύει στη βέλτιστη εκμετάλλευση της ισχύος που μπορεί να παρέχει ο άνεμος (MPPT). Ο έλεγχος του Αντιστροφέα στοχεύει στην προώθηση της ισχύος που παρέχεται από το Μετατροπέα Boost, υπό σταθερή τάση του DC Bus και υπό κατάλληλη μορφή, στο δίκτυο, καθώς και στην αντιστάθμιση άεργου ισχύος εάν δοθεί τέτοια εντολή από τον χειριστή. Αρχικά παρουσιάζονται ορισμένα στοιχεία που αφορούν την ενεργειακή κατανάλωση στο σύνολο της και υπό μορφή ηλεκτρικής ενέργειας, τις επιπτώσεις στο περιβάλλον, τις ενεργειακές κρίσεις, τις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) και την ανάγκη ενεργειακής αυτονόμησης και εκμετάλλευσης όλων των διαθέσιμων πόρων. Ειδική μέριμνα δίνεται στην Αιολική Ενέργεια, όσον αφορά τον τρόπο μετασχηματισμού της ενέργειας αλλά και τη χρήση της σήμερα. Στη συνέχεια αναλύονται τα επιμέρους υποσυστήματα με τη σειρά που αναφέρθηκαν παραπάνω. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στον Αντιστροφέα και στη μέθοδο παλμοδότησης αυτού, την Διαμόρφωση Εύρους Παλμών με χρήση Διανύσματος Κατάστασης - SVPWM (Space Vector Pulse Width Modulation) και καταστρώνονται οι βασικές εξισώσεις που καθορίζουν την λειτουργία του. Επίσης αναπτύσσεται η λογική που θα ακολουθηθεί στον έλεγχο κλειστού βρόχου και προτείνεται ένας τρόπος υπολογισμού των τιμών των Ελεγχτών PI (Proportional – Integral). Επόμενο στάδιο είναι η προσομοίωση των υποσυστημάτων, στο λογισμικό Simulink της Mathworks. Οι προσομοιώσεις πραγματοποιούνται με έλεγχο κλειστού βρόχου (CL), ο οποίος αναλαμβάνει να ελέγχει αυτόματα την παρεχόμενη ισχύ στο DC Bus μέσω του MPPT και την παρεχόμενη ενεργό ισχύ στο δίκτυο, μέσω του Αντιστροφέα. Η παρεχόμενη άεργος ισχύς δίνεται ως αναφορά από τον χρήστη και αναλαμβάνει ο έλεγχος να την ικανοποιήσει. Ακολουθούν γενικές πληροφορίες γύρω από την κατασκευή πλακετών, σύμφωνα με την βιβλιογραφία αλλά και την εμπειρία που αποκτήσαμε. Αναλύουμε επίσης τα σχέδια που αναπτύξαμε και εξηγούμε τις επιλογές αλλά και τα σφάλματα που κάναμε. Ειδική μέριμνα δίνεται στην ανάλυση της πλακέτας ισχύος, αυτής δηλαδή που συνδυάζει ηλεκτρονικά χαμηλής και υψηλής ισχύος. Επίσης, παρουσιάζουμε και τις ήδη κατασκευασμένες, σε προηγούμενες διπλωματικές εργασίες (ΔΕ), πλακέτες που χρησιμοποιήσαμε. Έπειτα, παρουσιάζονται με συνοπτικό τρόπο, οι προγραμματιστικές απαιτήσεις για τον έλεγχο και συντονισμό του Αντιστροφέα, με βάση την αναπτυξιακή πλακέτα STM32F429ZI-Discovery. Παρουσιάζονται οι ιδιαιτερότητές της και οι υλοποιήσεις που προτιμήθηκαν για τον έλεγχο του Μετατροπέα. Τέλος, πραγματοποιούνται οι πειραματικές δοκιμές, προς επιβεβαίωση της θεωρίας και των προσομοιώσεων και γίνεται προσπάθεια να αιτιολογηθούν οι διαφορές μεταξύ τους. Επίσης εκτιμάται η απόδοση του συστήματος. Η εκπόνηση της ΔΕ έγινε από κοινού και δεν είναι εφικτός κάποιος διαχωρισμός της εργασίας μας, με βάση το αντικείμενο ή τα κεφάλαια. Η συγγραφή του κειμένου έγινε, όσον αφορά τα Κεφάλαια 1, 2, 4 από τον Θεόφιλο Παπαδόπουλο και όσον αφορά τα Κεφάλαια 3, 5, 6 από τον Ευθύμιο Κουκούλη.