Ανάλυση Ρευμάτων Διαρροής Σε Φωτοβολταϊκά Συστήματα Χωρίς Μετασχηματιστή Απομόνωσης

Abstract

Αντικείμενο αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η ανάλυση των ρευμάτων διαρροής προς τον αγωγό γείωσης που εμφανίζονται σε φωτοβολταϊκά συστήματα συνδεδεμένα στο δίκτυο λόγω της απουσίας μετασχηματιστή απομόνωσης. Οι δύο κυριότεροι παράγοντες που επηρεάζουν το πλάτος και το φάσμα συχνοτήτων του ρεύματος διαρροής είναι η τεχνολογία των φωτοβολταϊκών πλαισίων και η τοπολογία του αντιστροφέα που θα χρησιμοποιηθεί. Τοπολογίες όπως η διάταξη πλήρους γέφυρας (Full Bridge), η διάταξη τριών επιπέδων (NPC) και άλλες διερευνώνται και συγκρίνονται ως προς τα ρεύματα διαρροής στη συνέχεια της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Πιο συγκεκριμένα, στο πρώτο κεφάλαιο παρατίθενται οι λόγοι που οδηγούν στην παράληψη του μετασχηματιστή απομόνωσης στα σύγχρονα φωτοβολταϊκά συστήματα και αναλύονται οι παράγοντες που επηρεάζουν την τιμή της παρασιτικής χωρητικότητας των πλαισίων και κατά συνέπεια τα ρεύματα διαρροής.Στο δεύτερο κεφάλαιο αναπτύσσεται το απλοποιημένο ισοδύναμο κύκλωμα της φωτοβολταϊκής γεννήτριας. Παρουσιάζονται επίσης όλες οι τοπολογίες αντιστροφέων dc/ac που θα σχεδιαστούν και θα διερευνηθούν ως προς τα ρεύματα διαρροής και αναλύονται οι αρμονικές συνιστώσες της τάσης και του ρεύματος εξόδου κάθε τοπολογίας. Επιπρόσθετα, μελετάται η λειτουργία του dc/dc μετατροπέα ανύψωσης τάσης και η απόκριση συχνοτήτων του LC φίλτρου διασύνδεσης στο δίκτυο. Στο τρίτο κεφάλαιο αναλύονται όλα τα επιμέρους συστήματα ελέγχου, απαραίτητα για την άρτια λειτουργία ολόκληρης της φωτοβολταϊκής εγκατάστασης. Συγκεκριμένα, θα μελετηθούν οι τεχνικές ελέγχου ρεύματος PI current control και Hysteresis control, η διάταξη συγχρονισμού της εγκατάστασης με το δίκτυο και τέλος περιγράφεται ο αλγόριθμος μέγιστης απολαβής ισχύος.Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων, αναλύονται τα ρεύματα διαρροής ως προς το αρμονικό τους περιεχόμενο και συγκρίνονται οι διάφορες τοπολογίες μετατροπέων dc/ac. Ένα πλήρες μοντέλο του φωτοβολταϊκού συστήματος υλοποιήθηκε με τη βοήθεια του σχεδιαστικού προγραμματιστικού πακέτου PSpice. Τις προσομοιώσεις σε υπολογιστή διαδέχονται οι πειραματικές μετρήσεις σε διασυνδεδεμένο φωτοβολταϊκό σύστημα, εγκατεστημένο στο χώρο του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Τα πειραματικά αποτελέσματα βρίσκονται στο πέμπτο κεφάλαιο.Στο τελευταίο κεφάλαιο εξάγονται τα συμπεράσματα της μελέτης και προτείνονται ιδέες για μελλοντική έρευνα.