Ανάλυση και σχεδιασμός συστήματος διεσπαρμένης παραγωγής με διείσδυση ΑΠΕ και μπαταριών

• Κύριος συγγραφέας: Αλεξάκης, Ζάιντ
• Άλλοι συγγραφείς: Alexakis, Zaint
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2021
• Θέματα: Φωτοβολταϊκά συστήματα; Ανεμογεννήτριες; Μικροδίκτυα; Photovoltaics; Wind turbines; Microgrids

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η μελέτη , η ανάλυση και ο έλεγχος ενός, υψηλού ισχύος, συστήματος διεσπαρμένης παραγωγής, το οποίο μπορεί να λειτουργεί αυτοτελώς ή να είναι διασυνδεδεμένο με το κεντρικό δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. Κάνουμε λόγο για ένα σύστημα το οποίο αποτελείται από διάφορες πηγές παραγωγής ή και αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας και πιο συγκεκριμένα απαρτίζεται από μια ανεμογεννήτρια σύγχρονης γεννήτριας μόνιμου μαγνήτη, από φωτοβολταικά πλαίσια και συστοιχίες μπαταριών λιθίου βαθιάς εκφόρτωσης. Πέρα από τις μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, συμπεριλαμβάνονται στο σύστημα τα διάφορα ημιαγωγικα στοιχεία που στελεχώνουν τις μετατροπές ισχύος, οι οποίοι επιτρέπουν τον έλεγχο των μονάδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Ακολουθούνται, λοιπόν, προηγμένες τεχνικές για τον σχεδιασμό κατάλληλο κυκλώματος ελέγχου, το οποίο εφαρμόζεται πάνω στα σήματα έναυσης των ημιαγικών στοιχείων των μετατροπέων, με απώτερο στόχο την μέγιστη απομάστευση ισχύος σε περίπτωση που το σύστημα βρίσκεται σε ημιαυτόνομη κατάσταση λειτουργείας και συνδέεται με το κύριο δίκτυο και τελικά την οδήγηση του ολικού συστήματος σε επιθυμητές καταστάσεις λειτουργίας. Σε περίπτωση που το σύστημα λειτουργεί σε αυτόνομη κατάσταση, κύριος σκοπός του ελέγχου είναι ο αποτελεσματικός και ισότιμος διαμοιρασμός του φορτίου στις μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, διατηρώντας παράλληλα την ευστάθεια του συστήματος. Προκειμένου να λάβουμε στοιχεία για την αποτελεσματικότητα της μαθηματικής μοντελοποίησης του συστήματος αλλά και την απόδοση του κυκλώματος ελέγχου γίνεται εξέταση ιδιόμορφων σεναρίων λειτουργίας αλλά και για διαφορετικές τοπολογίες ή εκδόσεις του μικροδικτύου μέσω Matlab/Simulink. Ειδικότερα, στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται λεπτομερής εισαγωγή στην έννοια των διεσπαρμένων μονάδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας αλλά και σε μονάδες αποθήκευσης. Επίσης, παρουσιάζεται η δυνατότητα διασύνδεσης των μονάδων αυτών σχηματίζοντας,τελικά, τις απαρχές ενός μικροδικτύου.Εν τέλει παρουσιάζονται τα ιδιόμορφα γνωρίσματα ενός τέτοιου συστήματος και οι κυριότερες κατηγορίες στις οποίες διαχωρίζονται .Ακολουθώντας, στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύεται η πιο διαδεδομένη στρατηγική ελέγχου που χρησιμοποιείται σε τέτοιου είδους συστήματα ,ενώ παράλληλα γίνεται περιγραφή των αρχών λειτουργίας μετατροπέων ισχύος και τεχνικές παλμοδότησείς τους. Στην συνέχεια, στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα δυναμικά μοντέλα αλλά και τα μοντέλα μέσης τιμής που διέπουν τις μονάδες διεσπαρμένης παραγωγής αλλά και των διεπαφών του μικροδικτύου ,όπως είναι μετατροπείς ισχύος , γραμμές μεταφορές ή το ίδιο το φορτίο. Οι στρατηγικές ελέγχου που εφαρμόζονται στα κυκλώματα έναυσης των μετατροπέων ισχύος σχεδιάζονται στο τέταρτο κεφάλαιο, όπου ο έλεγχος του μικροδικτύου σχεδιάζεται με απώτερο σκοπό την ικανοποίηση των κριτηρίων των ανώτερων επιπέδων ελέγχου , που εισάγει η ιεραρχική δομή. Τέλος ,μετά την προσομοίωση του μοντέλου μέσης τιμής της διάταξης του μικροδικτύου αλλά και του διακοπτικού μοντέλου,στο περιβάλλον του MatLab και πιο συγκεκριμένα στο SimuLink, παρατίθενται τα αποτελέσματα στο πέμπτο κεφάλαιο, όπου γίνεται και αναλυτική περιγραφή της δυναμικότητας και ευστοχίας του ελέγχου, ενώ διαπιστώνεται η τελική ευστάθεια του συστήματος.