Μελέτη προβλήματος κατανεμημένης παραγωγής στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας

• Κύριοι συγγραφείς: Λάμπρου, Λάζαρος, Σταφυλιάς, Σπυρίδων
• Άλλοι συγγραφείς: Βοβός, Νικόλαος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2009
• Θέματα: Φωτοβολταϊκά συστήματα; Δίκτυα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας; Κατανεμημένη παραγωγή; Δίκτυα χαμηλής τάσης; Photovoltaic systems; Power distribution systems; Distributed generation of electric power; 621.312 1

Σε αυτή τη διπλωματική εργασία διερευνούνται οι προδιαγραφές που πρέπει να ικανοποιούνται ώστε να είναι εφικτή η σύνδεση εγκαταστάσεων κατανεμημένης παραγωγής στα δίκτυα διανομής και η εφαρμογή τους σε ένα φωτοβολταϊκό σύστημα που συνδέεται στο δίκτυο χαμηλής τάσης. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια επισκόπηση της παρούσας κατάστασης στην ηλεκτρική ενέργεια και αναλύονται οι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της κατανεμημένης παραγωγής οι οποίοι συνοψίζονται στους περιορισμούς στην κατασκευή νέων γραμμών μεταφοράς, στην αυξημένη ζήτηση παροχής ηλεκτρικής ενέργειας υψηλής αξιοπιστίας, στην απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας, στους προβληματισμούς για τις κλιματικές αλλαγές και στην εξάντληση των ορυκτών καυσίμων. Έπειτα αναλύεται ο ορισμός της κατανεμημένης παραγωγής σύμφωνα με τα διάφορα διεθνή ινστιτούτα ηλεκτρικής ενέργειας και αναπτύσσονται οι τεχνολογίες που περιλαμβάνει οι οποίες διαχωρίζονται σε τεχνολογίες φυσικού καυσίμου (fossil fuel technologies) και σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Στις πρώτες περιλαμβάνονται οι μηχανές εσωτερικής καύσης, οι αεριοστροβιλικοί σταθμοί, οι μικροστρόβιλοι ή μικροτουρμπίνες και οι σταθμοί συνδυασμένου κύκλου ενώ στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας περιλαμβάνονται οι ανεμογεννήτριες, τα κύτταρα καυσίμου (fuel cells), οι φωτοβολταϊκές γεννήτριες, τα μικρά υδροηλεκτρικά και οι μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από βιομάζα και φυσικό αέριο. Η λειτουργία ενός ηλεκτρικού δικτύου ελέγχεται από συσκευές προστασίας και ρύθµισης της τάσης, που έχουν σκοπό την παροχή προς τους καταναλωτές ηλεκτρικής ενέργειας αποδεκτής ποιότητας, ελαχιστοποιώντας τον αριθµό των σφαλµάτων και προσφέροντας υψηλό επίπεδο ασφάλειας. Η σύνδεση στο δίκτυο µονάδων κατανεμημένης παραγωγής πρέπει να συµβαδίζει µε αυτές τις γενικές αρχές, ώστε αφενός µεν να µην προκαλούνται ενοχλήσεις στους λοιπούς καταναλωτές και αφετέρου να υπάρχει συµβατότητα µεταξύ του δικτύου διανοµής και των εγκαταστάσεων των παραγωγών. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναφέρονται οι προϋποθέσεις που πρέπει να ισχύουν για τη σύνδεση και παράλληλη λειτουργία των εγκαταστάσεων παραγωγής µε τα δίκτυα διανοµής, καθώς και ο απαιτούµενος εξοπλισµός ζεύξης και προστασίας, µε στόχο την αποτελεσµατική αντιµετώπιση της πλειονότητας των περιπτώσεων. Οι τεχνικές προδιαγραφές που περιγράφονται αφορούν στη σύνδεση παραγωγών στο δίκτυο µέσης τάσης (ΜΤ) ή χαµηλής τάσης (ΧΤ). Βασικά κριτήρια και προϋποθέσεις που εξετάζονται προκειµένου να επιτραπεί η σύνδεση νέων εγκαταστάσεων παραγωγής είναι η επάρκεια του δικτύου (γραμμών, μετασχηματιστών κλπ.), η συµβολή στη στάθµη βραχυκύκλωσης, οι αργές µεταβολές της τάσης (µόνιµης κατάστασης), οι ταχείες µεταβολές της τάσης, οι εκποµπές flicker, οι εκπομπές αρμονικών, η διαµόρφωση των προστασιών της διασύνδεσης εγκαταστάσεων-δικτύου και η επίπτωση στη λειτουργία συστηµάτων Τηλεχειρισµού Ακουστικής Συχνότητας (ΤΑΣ). Τα κριτήρια και οι µέθοδοι εξέτασης που περιγράφονται στηρίζονται κατά κύριο λόγο στη σειρά προτύπων 61000 της IEC (International Electrotechnical Commission) και εξασφαλίζουν την ικανοποίηση των απαιτήσεων του ευρωπαϊκού προτύπου ΕΝ 50160 (πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ 50160 και Οδηγία διανοµής 120 της ΔΕΗ Α.Ε.). Στο τρίτο κεφάλαιο πραγματοποιείται μια μελέτη εφαρμογής των παραπάνω προδιαγραφών σε ένα σύστημα που εξομοιώθηκε με χρήση του προγράμματος PSCAD. Το σύστημα αποτελείται από μια φωτοβολταϊκή συστοιχία μέγιστης ισχύος 4,8 kW, έναν μετατροπέα συνεχούς/εναλλασσόμενης τάσης ή αντιστροφέα (DC to AC converter) που λειτουργεί με τη μέθοδο PWM (Pulse Width Modulation ή διαμόρφωση εύρους παλμού), ένα σύστημα παρακολούθησης του σημείου μέγιστης ισχύος που αποδίδει η συστοιχία (MPPT Maximum Power Point Tracker), ένα μετασχηματιστή 150V/380V για την ανύψωση της τάσης στην έξοδο του αντιστροφέα στα επίπεδα τάσης του δικτύου, ένα δίκτυο χαμηλής τάσης και δύο φορτία RL. Εκτενής αναφορά γίνεται στις εκπομπές αρμονικών που παρουσιάζονται στο σύστημα στην έξοδο του αντιστροφέα. Αρχικά γίνεται μελέτη χωρίς φίλτρο LC στην έξοδο του αντιστροφέα και στη συνέχεια παρατηρούμε τον τρόπο με τον οποίο το φίλτρο LC επιδρά στη μείωση των αρμονικών σε επιτρεπτά πλαίσια. Τέλος διερευνούνται οι διακυμάνσεις τάσης του δικτύου κατά τη ζεύξη του φωτοβολταϊκού συστήματος με το δίκτυο, πραγματοποιείται μια μελέτη του συστήματος σε περίπτωση βραχυκυκλωμάτων και διερευνάται η επίπτωση σε συστήματα τηλεχειρισμού ακουστικής συχνότητας.