Μελέτη Προσομοίωσης «power Hardware In The Loop» Και Διερεύνηση Ανύψωσης Της Τάσης Εξαιτίας Της Διείσδυσης Φωτοβολταϊκών Στη Χαμηλή Τάση

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζεται και υλοποιείται ένα πείραμα προσομοίωσης σε πραγματικό χρόνο με το εργαστηριακό μικροδίκτυο, και συγκεκριμένα με τον αντιστροφέα φωτοβολταϊκών, σε ρόλο δοκιμίου. Αυτό το είδος πειράματος ονομάζεται Power Hardware In Loop (PHIL). Αρχικά περιγράφονται συνοπτικά οι συσκευές του μικροδικτύου, ο εξομοιωτής πραγματικού χρόνου (RTDS), ο οποίος θα προσομοιώσει το ηλεκτρικό δίκτυο στο όποιο θα «συνδεθεί» το δοκίμιο μας καθώς και ο «ενδιάμεσος» (Interface) που θα επιτελέσει στη σύνδεση των δυο προηγούμενων στοιχείων. Παρουσιάζονται συνοπτικά οι δυο τεχνικές Ηardware in Loop (HIL) με ιδιαίτερη έμφαση στην PHIL και εξετάζονται ζητήματα που αφορούν στην ευστάθεια και στην ακρίβεια. Παρουσιάζεται το κριτήριο ευστάθειας Nyquist πάνω στο όποιο στηρίζεται η μελέτη της ευστάθειας καθώς και τα δυο είδη σφαλμάτων που εμφανίζονται σε μια προσομοίωση PHIL, το σφάλμα TFP (Transfer Function Perturbation) και το σφάλμα NP (Noise Perturbation). Έπειτα, αναφέρονται οι διάφορες τοπολογίες σύνδεσης του «ενδιάμεσου» (Ιnterface) (με τις οποίες μπορούμε να συνδέσουμε τα στοιχεία του πειράματος με στόχο την αντιμετώπιση των ζητημάτων ευστάθειας και ακρίβειας. Αναλύουμε τη λειτουργιά του ενισχυτή AC/DC/AC ο οποίος θα παίξει το ρόλο του Ιnterface στο πείραμα μαςΣε ότι αφορά το πειραματικό κομμάτι της εργασίας εφαρμόζουμε αρχικά την τεχνική PHIL στο κύκλωμα του διαιρέτη τάσης. Παρουσιάζουμε την τοπολογία και μοντελοποιούμε κατά το δυνατόν καλύτερα το σύστημα μας. Μέσω μετρήσεων βρίσκουμε τη συνολική χρονική καθυστέρηση του βρόχου και μοντελοποιούμε το Interface ως έναν ενισχυτή τάσης με μοναδιαίο κέρδος και λαμβάνοντας υπόψη το φίλτρο εξόδου του. Με χρήση του Matlab εφαρμόζουμε το κριτήριο ευστάθειας Nyquist καθώς επίσης και την απαραίτητη μελέτη ακρίβειας, και παραθέτουμε τα αποτελέσματα. Έπειτα ακολουθούν οι offline προσομοιώσεις που έγιναν στο Simulink καθώς επίσης και τα πειραματικά αποτελέσματα της PHIL εφαρμογής. Τέλος, μελετάμε στο Simulink την περίπτωση όπου ένα ασταθές κύκλωμα διαιρέτη τάσης, σε μια εφαρμογή PHIL, μετατρέπεται σε ευσταθές μέσω της χρήσης ενός φίλτρου ανατροφοδότησης στο ρεύμα.Στο τελευταίο κομμάτι της εργασίας εφαρμόζεται η τεχνική PHIL σε ένα δίκτυο αγροτικής περιοχής Χαμηλής Τάσης στο όποιο λειτουργούν φωτοβολταϊκές μονάδες και λαμβάνονται αποτελέσματα για το επίπεδο της τάσης στους διάφορους κόμβους. Περιγράφεται το υπό μελέτη δίκτυο αγροτικής περιοχής και υλοποιούνται κάποια σενάρια παραγωγής-κατανάλωσης με χρήση της τεχνικής PHIL. Έπειτα με χρήση του Simulink παρουσιάζεται η ανύψωση τάσης που εμφανίζεται στους κόμβους του δικτύου για διάφορα σενάρια παραγωγής - κατανάλωσης (offline προσομοίωση). Τέλος εφαρμόζονται δυο τρόποι αντιμετώπισης της ανύψωσης τάσης με τη βοήθεια του αντιστροφέα φωτοβολταϊκών, η μέθοδος περιορισμού ισχύος (power curtailment) καθώς και η μέθοδος ελέγχου του συντελεστή ισχύος (power factor control).