Έλεγχος μικροδικτύων βασισμένος σε διεπαφές μέσω αντιστροφέων

• Κύριος συγγραφέας: Ματιάκης, Ιωάννης
• Άλλοι συγγραφείς: Αλεξανδρίδης, Αντώνιος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2019
• Θέματα: Μικροδίκτυα; Αντιστροφείς; Έλεγχος μικροδικτύου; Microgrids; Inverters; Microgrid control; 621.381 532 2

Οι ολοένα αυξανόμενες προκλήσεις με τις οποίες βρίσκεται αντιμέτωπος ο κλάδος του ενεργειακού μηχανικού, όπως η δυσκολία κατασκευής νέων γραμμών μεταφοράς, οι διαρκώς μεταβαλλόμενες απαιτήσεις σε ενέργεια, καθώς και η κλιματική αλλαγή και οι λοιπές περιβαλλοντικές επιπτώσεις των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας, καθιστούν τα μικρής κλίμακας συστήματα κατανεμημένης παραγωγής μία βιώσιμη και αποδοτική εναλλακτική σε σχέση με τα παραδοσιακά συστήματα. Στο πλαίσιο αυτό, το μικροδίκτυο, ένα σύμπλεγμα φορτίων και πηγών κατανεμημένης παραγωγής, είτε συμβατικών, είτε ανανεώσιμων, αναμένεται να αποτελέσει σημαντικό κομμάτι της έρευνας και να δώσει νέα ώθηση στον κλάδο στο προσεχές μέλλον. Παράλληλα, η ραγδαία ανάπτυξη και η προβλεπόμενη επέκταση αυτού του είδους συστημάτων, σε συνδυασμό με την αυξανόμενη ανάγκη για υποστήριξη φορτίου ανεξάρτητα από το δημόσιο δίκτυο ηλεκτρισμού, έχουν καταστήσει επιτακτική ανάγκη τη βελτίωση των υπαρχόντων μηχανισμών ελέγχου τους, καθώς και την ανάπτυξη νέων. Βασικό ρόλο για το σκοπό αυτό μπορεί να παίξει ο αντιστροφέας ισχύος, μία πλήρως ελεγχόμενη συσκευή με ποικίλες δυνατότητες. Οι διατάξεις ηλεκτρονικών ισχύος που αποτελούν έναν αντιστροφέα έχουν πολύ διαφορετικά χαρακτηριστικά από τις συμβατικές μεθόδους ελέγχου συστημάτων ισχύος που χρησιμοποιούνταν μέχρι πρότινος, απαιτούνται επομένως διαφορετικές μέθοδοι για τη λειτουργία, τον έλεγχο και την προστασία του συστήματος. Με βάση τα παραπάνω, στόχο της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας αποτελεί η βασισμένη σε μοντέλο μελέτη των μηχανισμών ελέγχου σε συστήματα κατανεμημένης παραγωγής υπό τη μορφή μικροδικτύου, με βασικό στοιχείο τον αντιστροφέα ισχύος, ως ελεγχόμενη διεπαφή ανάμεσα σε πηγές ισχύος και φορτία. Σε αυτό το πλαίσιο, παρουσιάζονται τρία πιθανά θεωρητικά μοντέλα μικροδικτύου σε αυτόνομη λειτουργία, από τις πηγές ισχύος μέχρι τα σημεία σύνδεσης με τα φορτία. Οι διατάξεις εσωτερικού και πρωτογενούς ελέγχου των αντιστροφέων και των ανορθωτών, όπως οι βρόχοι ελέγχου τάσης και ρεύματος, καθώς και οι ελεγκτές στατισμού, προσομοιώνονται με χρήση του λογισμικού Simulink. Επιπλέον, εξετάζονται, μελετώνται και αναλύονται τα αποτελέσματα και οι γραφικές παραστάσεις που προκύπτουν από την προσομοίωση. Συγκεκριμένα, στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μία εισαγωγή στην έννοια της κατανεμημένης παραγωγής, ενώ μέσω μίας ιστορικής αναδρομής αναλύονται οι παράγοντες που έχουν ωθήσει στη ραγδαία ανάπτυξή της τα τελευταία χρόνια. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναφέρονται τα κυριότερα χαρακτηριστικά ενός μικροδικτύου, τα φορτία και οι τύποι πηγών που μπορεί να περιλαμβάνει, καθώς και οι τρόποι λειτουργίας του με σύνδεση ή όχι στο δημόσιο δίκτυο. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται λόγος για τις τεχνολογίες παραγωγής ενέργειας, συμβατικές ή ανανεώσιμες, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ένα μικροδίκτυο, με ιδιαίτερη έμφαση στα αιολικά και τα φωτοβολταϊκά συστήματα, καθώς και στα συστήματα συμπαραγωγής θερμότητας-ισχύος. Στο τέταρτο κεφάλαιο αναλύονται οι μέθοδοι ελέγχου ενός μικροδικτύου, παρουσιάζεται η έννοια του ιεραρχικού ελέγχου, ενώ γίνεται αναφορά στις αρχές λειτουργίας και τις εφαρμογές των μετατροπέων ισχύος και ιδιαίτερα των αντιστροφέων. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζονται και αναλύονται τρία θεωρητικά μοντέλα μικροδικτύου, κυκλωματικά και υπό μορφή μαθηματικών εξισώσεων, από τις πηγές ισχύος μέχρι τα φορτία. Στη συνέχεια, παρουσιάζεται στο έκτο κεφάλαιο η υλοποίηση με χρήση του λογισμικού Simulink των προαναφερθέντων μοντέλων, ενώ μελετάται η συμπεριφορά τους για διάφορες πιθανές διακυμάνσεις στο φορτίο και την τάση ή το ρεύμα εισόδου. Παράλληλα, σχολιάζονται τα αποτελέσματα και οι γραφικές παραστάσεις που προκύπτουν από την προσομοίωση. Τέλος, στο έβδομο κεφάλαιο καταγράφονται κάποια γενικά συμπεράσματα και γίνονται προτάσεις για περεταίρω μελέτη.