Έλεγχος κατανεμημένης παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας για ένταξή της σε μικροδίκτυα

• Κύριος συγγραφέας: Παπαδημητρίου, Χριστίνα
• Άλλοι συγγραφείς: Βοβός, Νικόλαος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2012
• Θέματα: Κατανεμημένη παραγωγή; Ασαφής λογική; Κύτταρα καυσίμου; Ανεμογεννήτριες; Μικροδίκτυα; Distributed generation; Fuzzy logic; Fuel cells; Wind turbines; Microgrids; 621.310 4

Η παρούσα διδακτορική εργασία αφορά στο σχεδιασμό και εφαρμογή ελέγχου σε κατανεμημένη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ώστε να είναι δυνατή η ένταξή της σε μικροδίκτυα στο δίκτυο χαμηλής τάσης. O σχεδιασμός του ελέγχου αποσκοπεί: 1) Στην δυνατότητα σύνδεσης-αποσύνδεσης (Plug and play) της κατανεμημένης παραγωγής στο μικροδίκτυο χωρίς καμμία ιδιαίτερη παρέμβαση από κεντρικό έλεγχο. 2) Η κατανεμημένη παραγωγή, που περιλαμβάνει συστοιχία κυττάρων καυσίμου και ανεμογεννήτρια, πρέπει να παρέχει στήριξη ενεργού και άεργου ισχύος στο μικροδίκτυο διανομής όταν συμβαίνουν διαταραχές φορτίου. 3) Να τροφοδοτεί όλο το φορτίο σε κατάσταση νησιδοποίησης, στην οποία θα μπορεί να μεταβαίνει είτε λόγω σφάλματος στην μέση τάση είτε γιατί το μικροδίκτυο είναι επιθυμητό να λειτουργεί εσκεμμένα στην προαναφερθείσα κατάσταση. 4) Η μετάβαση από τη διασυνδεδεμένη κατάσταση του μικροδικτύου στη νησιδοποίηση και αντίστροφα να γίνεται με τον ομαλότερο δυνατό τρόπο. Λόγω της έντονης μη γραμμικότητας των υπό μελέτη συστημάτων, στο σχεδιασμό των συστημάτων ελέγχου εφαρμόζεται ασαφής λογική. Τα αποτελέσματα της έρευνας αφορούν τόσο τον θεωρητικό σχεδιασμό των παραπάνω συστημάτων με την βοήθεια προγράμματος εξομοίωσης (Matlab/Simulink) όσο και την πειραματική επιβεβαίωση των συμπερασμάτων στο εργαστήριο. Αρχικά, εξομοιώνεται μια συστοιχία κυττάρων καυσίμου συνδυασμένη με μια μπαταρία (υβριδικό σύστημα) και ενσωματώνεται σε ένα ασθενές δίκτυο διανομής. Ο έλεγχος δοκιμάζεται για τοπικές μεταβολές φορτίου και για μετάβαση από την διασυνδεδεμένη σε νησιδοποιημένη κατάσταση προκειμένου να διαπιστωθούν τα επιθυμητά χαρακτηριστικά του ελέγχου που αναφέρθηκαν. Επιπλέον, γίνεται μια διερεύνηση για το εύρος της αποτελεσματικότητας του ελέγχου για διαφορετικού τύπου γραμμών διανομής. Η συμπεριφορά του ελέγχου κρίνεται ικανοποιητική σε όλες τις περιπτώσεις. Στην συνέχεια, το ίδιο υβριδικό σύστημα (μεγαλύτερης όμως ισχύος) και μια ανεμογεννήτρια με γεννήτρια διπλής τροφοδότησης ενσωματώνονται σε ένα μικροδίκτυο που συνδέεται σε ασθενές δίκτυο διανομής στο πρόγραμμα εξομοίωσης. Ο έλεγχος του υβριδικού συστήματος δεν αλλάζει λόγω της ευελιξίας της ασαφούς λογικής. Ο έλεγχος των μικροπηγών δοκιμάζεται για τοπικές μεταβολές φορτίου και για μετάβαση από την διασυνδεδεμένη σε νησιδοποιημένη κατάσταση και αντιστρόφως για μετάβαση από νησιδοποιημένη σε διασυνδεδεμένη κατάσταση. Επιπλέον, γίνεται μια διερεύνηση της δυναμικής απόκρισης του μικροδικτύου κατά την ύπαρξη μπαταρίας και κατά την απομάκρυνσή της από το μικροδίκτυο. Η συμπεριφορά του ελέγχου κρίνεται ικανοποιητική σε όλες τις περιπτώσεις. Για την πειραματική επιβεβαίωση, αξιοποιείται ένα σύστημα συστοιχίας κυττάρων καυσίμου (Ballard& Nexa System) συνδυασμένο με μια μπαταρία στο χώρο του εργαστηρίου. Εφαρμόζεται η τεχνολογία ψηφιακού ελέγχου σήματος μέσω ενός ψηφιακού επεξεργαστή σήματος (DSP). Έτσι, δίνεται η δυνατότητα σε τμήματα του ελέγχου που έχουν ήδη σχεδιαστεί να μεταφέρονται μέσω ειδικού λογισμικού στον επεξεργαστή και να ενσωματώνονται στην κατανεμημένη παραγωγή με ελάχιστο κόστος. Το πραγματικό σύστημα που δημιουργείται δοκιμάζεται για τοπικές μεταβολές φορτίου. Η συμπεριφορά του ελέγχου κρίνεται ικανοποιητική σε όλες τις περιπτώσεις. Μέσω εκτενών αποτελεσμάτων εξομοίωσης αλλά και πειραματικών, αποδεικνύεται πως ο προτεινόμενος έλεγχος συγκεντρώνει τα επιθυμητά χαρακτηριστικά που αναφέρθηκαν. Αποδεικνύεται, μάλιστα, ιδιαίτερα ευέλικτος και πρακτικός όχι μόνο σε θεωρητικές εφαρμογές αλλά και σε πραγματικά δεδομένα. Το τελευταίο είναι ιδιαίτερα σημαντικό αφού δίνει την δυνατότητα στον μηχανικό με ελάχιστο κόστος και με εύκολο χειρισμό λόγω της ασαφούς λογικής και του ψηφιακού επεξεργαστή να ελέγχει οποιαδήποτε κατανεμημένη παραγωγή (easy engineering) με ελάχιστες διορθωτικές κινήσεις.