Μοντελο Ανεμογεννητριας Μεταβλητων Στροφων Με Συγχρονη Μηχανη Για Μελετες Ευσταθειας

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη μοντέλων Α/Γ μεταβλητών στροφών με σύγχρονη μηχανή και πλήρη μετατροπέα, κατάλληλων για μελέτες ευστάθειας συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Το σύστημα της Α/Γ που εξετάστηκε αποτελείται από σύγχρονη μηχανή η οποία διαθέτει τύλιγμα διέγερσης. Το κιβώτιο ταχυτήτων παραλείπεται λόγω της πολυπολικής γεννήτριας και της παρεμβολής του μετατροπέα, με αποτέλεσμα ο δρομέας του ανεμοκινητήρα να συνδέεται στον ίδιο άξονα με το δρομέα της γεννήτριας. Η γεννήτρια συνδέεται στο δίκτυο μέσω ενός πλήρους μετατροπέα AC/DC/AC, ο οποίος αποτελείται από έναν ανορθωτή διόδων και έναν PWM αντιστροφέα. Στην περίπτωση που η διέγερση της μηχανής δεν μπορεί να αυξηθεί πάνω από ένα όριο, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας DC/DC μετατροπέας ανύψωσης για τον έλεγχο της τάσης εισόδου του PWM αντιστροφέα.Στη διπλωματική αυτή εργασία εξετάστηκαν δύο στρατηγικές ελέγχου της γεννήτριας.Στον πρώτο τρόπο ελέγχου το σύστημα διέγερσης της γεννήτριας χρησιμοποιείται για να ελέγχει την τάση στα άκρα της μέσω ενός τυπικού αυτόματου ρυθμιστή τάσης (Α.Ρ.Τ). Λόγω του ανορθωτή διόδων η τάση του πυκνωτή είναι ανάλογη της τάσης των ακροδεκτών της γεννήτριας ενώ στο α.μ. σύστημα οι τιμές τους ταυτίζονται. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα, το σύστημα διέγερσης να ελέγχει τελικά την DC τάση του πυκνωτή και να την κρατάει στην ονομαστική της τιμή (1 α.μ.). Όσον αφορά στον PWM αντιστροφέα, αυτός εγχέει ενεργό ισχύ στο δίκτυο, ακολουθώντας την στρατηγική Μέγιστης Απολαβής Ισχύος.Επίσης εξετάστηκε μια παραλλαγή της πρώτης στρατηγικής ελέγχου κατά την οποία η τιμή της διέγερσης δεν μπορεί να αυξηθεί πάνω από ένα όριο. Στην περίπτωση αυτή, χρησιμοποιείται ένας DC/DC μετατροπέας ανύψωσης ο οποίος κρατάει την τιμή της τάσης του πυκνωτή σταθερή μεταβάλλοντας το λόγο διαμόρφωσης.Στο δεύτερο τρόπο ελέγχου, το σύστημα διέγερσης της γεννήτριας χρησιμοποιείται για να υλοποιεί τη στρατηγική Μέγιστης Απολαβής Ισχύος. Ο PWM αντιστροφέας χρησιμοποιείται έτσι ώστε να κρατάει σταθερή την τάση εισόδου του ελέγχοντας την ενεργό ισχύ που μεταφέρεται από την DC πλευρά προς το δίκτυο. Επειδή λειτουργεί σε πολύ υψηλές συχνότητες η δυναμική του πυκνωτή μπορεί να θεωρηθεί ακαριαία.Τέλος, περιγράφηκε η περίπτωση ενός ασθενούς δικτύου με μεγάλη αιολική διείσδυση. Μέσω προσομοιώσεων αποδείχθηκε ότι το όριο μέγιστης αιολικής διείσδυσης δεν μπορεί να αυξηθεί με τη χρήση Α/Γ σταθερών στροφών με γεννήτριες επαγωγής. Αντίθετα, η χρήση Α/Γ μεταβλητών στροφών με σύγχρονη μηχανή και με πλήρη μετατροπέα οι οποίες ρυθμίζουν την τάση του ζυγού στον οποίο συνδέεται το αιολικό πάρκο, αυξάνει το μέγιστο όριο αιολικής διείσδυσης από πλευράς ασφάλειας τάσης