Βελτιστοποίηση Μετατροπέα Και Συστήματος Ελέγχου Ανεμογεννήτριας Σε Διασυνδεδεμένη Λειτουργία

Abstract

Στην παρούσα εργασία μελετάται το σύστημα ελέγχου μίας ανεμογεννήτριας μεταβλητών στροφών με σύγχρονη γεννήτρια μονίμων μαγνητών για διασυνδεδεμένη λειτουργία με το ηλεκτρικό δίκτυο. Η πειραματική εφαρμογή πραγματοποιήθηκε σε εργαστηριακό δοκίμιο γεννήτριας, ισχύος 2 kW και ονομαστικής συχνότητας 80 Hz.Το ρεύμα που παράγεται από τη γεννήτρια ανορθώνεται μέσω ανορθωτή διόδων, στη συνέχεια ανυψώνεται η τάση μέσω κατάλληλου μετατροπέα ΣΡ και τέλος μέσω αντιστροφέα η ενέργεια διοχετεύεται στο δίκτυο. Στόχος είναι η μεγιστοποίηση της αποδιδόμενης στο δίκτυο ενέργειας. Μοντελοποιείται η γεννήτρια αλλά και ο συνδυασμός γεννήτριας-ανορθωτή. Παράγονται μέσω προσομοιώσεων πίνακες που δίνουν τα ανορθωμένα ρεύματα και τη ροπή της γεννήτριας συναρτήσει της ταχύτητας περιστροφής και της τάσης στην πλευρά ΣΡ της ανόρθωσης. Επιπλέον μελετώνται εναλλακτικοί τρόποι ανόρθωσης και γίνεται βελτιστοποίηση της κυματομορφής του ρεύματος. Ακόμη εξετάζονται τρόποι για την επίτευξη της επιθυμητής αυτής κυματομορφής αλλά και για τη βελτίωση της ανόρθωσης διόδων χρησιμοποιώντας πυκνωτές. Με βάση το μοντέλο γεννήτριας-ανορθωτή σχεδιάζεται κατάλληλο σύστημα ελέγχου. Στη συνέχεια μελετάται ο αντιστροφέας. Προτείνεται μία νέα τεχνική διαμόρφωσης προκειμένου να χρησιμοποιείται ο αντιστροφέας ως πηγή τάσης και συγκρίνεται αριθμητικά με τη γνωστή τεχνική διαμόρφωσης SPWM. Τόσο για τον αντιστροφέα όσο και για τον ανυψωτή γίνεται ανάλυση με διακοπτικό μοντέλο αλλά και προσομοιώσεις ενώ για την υλοποίηση του συστήματος ελέγχου παρουσιάζονται κυκλώματα που βασίζονται σε μικροελεγκτή. Επιπλέον, η ακρίβεια των μοντέλων που αναπτύχθηκαν επιβεβαιώνεται μέσω συγκρίσεων με πειραματικά αποτελέσματα.Μελετάται επίσης το αεροδυναμικό μέρος. Παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά του ανεμοκινητήρα. Ακολούθως γίνεται προσπάθεια με βάση μετρημένες χρονοσειρές ανέμου να μοντελοποιηθεί ως στοχαστική διαδικασία η γρήγορα μεταβαλλόμενη συνιστώσα της ταχύτητας του ανέμου. Ακόμη διερευνάται το πώς μπορεί το σύστημα να προσδιορίζει εντός γραμμής τα χαρακτηριστικά της διαδικασίας αυτής αλλά και το πώς μπορεί να εκτιμά την ταχύτητα του ανέμου. Με βάση τα χαρακτηριστικά του ανεμοκινητήρα, των χρονοσειρών ανέμου αλλά και τα χαρακτηριστικά του συστήματος γεννήτρια-ανορθωτής σχεδιάζονται νόμοι ελέγχου με τους οποίους αποφασίζεται η ροπή η οποία είναι η είσοδος του ελεγκτή του συστήματος ανόρθωσης. Αναπτύσσονται διάφορες τεχνικές ξεκινώντας από τις απλούστερες και καταλήγοντας σε πιο σύνθετες. Τελικά παρουσιάζεται ο βέλτιστος στοχαστικός ελεγκτής. Γίνονται προσομοιώσεις όπου εξετάζεται συγκριτικά και σε διάφορες συνθήκες η απόδοση των υπό μελέτη τεχνικών. Ακόμη γίνονται προσομοιώσεις με τις οποίες φαίνεται η επίδραση αβεβαιοτήτων στην απόδοση του συστήματος. Εξετάζεται η ευστάθεια του συστήματος και τέλος μελετάται η συμπεριφορά που πρέπει να έχει το σύστημα όταν η ταχύτητα του ανέμου είναι υψηλή.