Ανάλυση και σχεδιασμός ιεραρχικού ελέγχου σε DC μικροδίκτυα

• Κύριος συγγραφέας: Κουλούρη, Ελισάβετ
• Άλλοι συγγραφείς: Koulouri, Elisavet
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2024
• Θέματα: Διεσπαρμένη παραγωγή; Μικροδίκτυα; Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ); Ιεραρχικός έλεγχος; Έλεγχος στατισμού; Μη γραμμικός έλεγχος; Μετατροπείς ανύψωσης συνεχούς τάσης; Γράφοι; Distributed generation; Microgrids; Renewable Energy Sources (RES); Hierarchical control; Droop control; Non-linear control; DC boost converters

Λόγω της συνεχούς αυξανόμενης ζήτησης σε ηλεκτρική ενέργεια, της περιβαλλοντικής κρίσης, της νέας διαμορφωμένης, ενιαίας και προ πάντων φιλικής προς το περιβάλλον Ευρωπαϊκής ενεργειακής πολιτικής, η ανάπτυξη της διεσπαρμένης παραγωγής και των μικροδικτύων είναι ραγδαία. Σύμφωνα με τον διεθνή οργανισμό ενέργειας, (ΙΕΑ), η κατανεμημένη ή αλλιώς διεσπαρμένη παραγωγή, είναι μονάδες ενέργειας, που παράγουν ενέργεια σε τοπικά δίκτυα. Με άλλα λόγια, η παράκαμψη του κεντρικού δικτύου διανομής, συνεπάγεται την άμεση μείωση του κόστους παραγωγής και μεταφοράς ενέργειας. Αν συνυπολογιστεί σε αυτά και η παγκόσμια ενεργειακή κρίση, είναι ευκόλως κατανοητή η «στροφή» στις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας και η προσέλκυση μεγάλου ενδιαφέροντος στα μικροδίκτυα. Τα μικροδίκτυα ορίζονται ως δίκτυα χαμηλής τάσης, τα οποία δύναται να συνδέονται με το δίκτυο διανομής, είτε να λειτουργούν και αυτόνομα, παρέχοντας αυτοδυναμία σε ολόκληρες περιοχές. Απαρτίζονται από ενεργειακούς πόρους, ήτοι διεσπαρμένες παραγωγές ενέργειας (φωτοβολταϊκά, ανεμογεννήτριες κα), κατανεμημένα συστήματα αποθήκευσης, όπως μπαταρίες, fuel cells και ελεγχόμενα ή μη φορτία. Στην παρούσα εργασία, αναλυέται διεξοδικά το DC μικροδίκτυο, μικροδίκτυο το οποίο αποτελείται μόνο από συνεχούς ρεύματος μικροπηγές και φορτία και αντίστοιχα από μετατροπείς ανύψωσης συνεχούς τάσης (DC Boost Converter). Σκοπός της παρούσης, είναι η ανάλυση και μοντελοποίηση ενός DC μικροδικτύου και ο σχεδιασμός ιεραρχικού ελέγχου σε αυτό. Ο ιεραρχικός έλεγχος, διακρίνεται σε τρία επίπεδα, εκ των οποίων μόνο τα πρώτα δύο αναλύονται διεξοδικά. Επιγραμματικά, ο πρωτογενής έλεγχος, ρυθμίζει την τάση και το ρεύμα του εκάστοτε μετατροπέα, ενώ ο δευτερογενής είναι έλεγχος βασισμένος σε συμφωνία τόσο μεταξύ των μετατροπέων των μικροπηγών όσο και μεταξύ αυτών και του φορτίου. Ακόμη, στον πρωτογενή έλεγχο, χρησιμοποιούνται δύο ειδών ελεγκτές: γραμμικός ελεγκτής βασισμένος στην μέθοδο στατισμού (droop control) και μη γραμμικός ελεγκτής. Το υπό εξέταση, μικροδίκτυο, αποτελείται από ενεργειακούς πόρους, οι οποίοι συνδέονται παράλληλα με τον κοινό ζυγό του δικτύου (DC Bus), όπου είναι συνδεδεμένο και το φορτίο. Ο έλεγχος της τάσης και του ρεύματος πραγματοποιείται από την πλευρά του μετατροπέα κάθε μικροπηγής. Κεντρικός στόχος είναι, ανάλογα με την δυναμική της κάθε μικροπηγής, να ελεγχθεί η τάση του φορτίου στον ζυγό και να επιτευχθεί αναλογικός καταμερισμός ρευμάτων στις μικροπηγές, σε περιπτώσεις μεταβολής του φορτίου, έλλειψης «επικοινωνίας» μεταξύ των μικροπηγών, ή ακόμα και ολικής αποσύνδεσης μιας μικροπηγής. Τα φορτία που χρησιμοποιήθηκαν είναι: φορτίο σταθερής ισχύος (CPL), φορτίο σταθερής εμπέδησης και φορτίο σταθερού ρεύματος (CCL). Το υπό μελέτη κύκλωμα υλοποιήθηκε στο προγραμματιστικό περιβάλλον της Matlab, Simulink.