Οργάνωση Βιβλιοθήκης Μοντέλων Για Προσομοίωση Σηε Με Αιολική Διείσδυση Και Σχεδίαση Αδρανειακού Ελεγκτή Ανεμογεννητριών Σε Αυτόνομο Σύστημα

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η οργάνωση βιβλιοθήκης μοντέλων και εγχειριδίου χρήσης για το λογισμικό πακέτο προσομοίωσης WHSSP (Wind-Hybrid System Simulation Package). Το εκπαιδευτικό πρόγραμμα WHSSP αναπτύχθηκε σε περιβάλλον MATLAB/Simulink στο εργαστήριο Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας του ΕΜΠ και θεωρείται κατάλληλο για δυναμικές προσομοιώσεις και μελέτες ευστάθειας διασυνδεδεμένων ή αυτόνομων δικτύων, στα οποία έχουν διεισδύσει μονάδες διεσπαρμένης παραγωγής και ειδικότερα αιολικά πάρκα. Στην εργασία αυτή επιχειρείται η συστηματική καταγραφή των μοντέλων του WHSSP που έχουν ήδη αναπτυχθεί σε παλιότερες εργασίες ή αναπτύχθηκαν στα πλαίσια της παρούσας. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στα μοντέλα ανεμογεννητριών μεταβλητών στροφών για τα οποία σχεδιάστηκε αδρανειακός ελεγκτής με βάση ένα πραγματικό αυτόνομο σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που προσομοιώθηκε. Προκειμένου να μελετηθεί η συμπεριφορά των υπό μελέτη διατάξεων αλλά και του αυτόνομου συστήματος πραγματοποιούνται προσομοιώσεις σε περιβάλλον MATLAB/Simulink. Η κάθε διάταξη περιγράφεται από το αντίστοιχο μοντέλο που σχεδιάστηκε στο περιβάλλον του Simulink για τις μελέτες ευστάθειας, όπως αυτό παρουσιάζεται στη βιβλιοθήκη. Τα φορτία στους διάφορους ζυγούς θεωρούνται φορτία αγωγιμότητας εκτός από τον κινητήρα επαγωγής και τα δυναμικά αυτορυθμιζόμενα φορτία για τα οποία χρησιμοποιούνται τα αντίστοιχα μοντέλα της βιβλιοθήκης. Στο κομμάτι της εργασίας που μελετάται η συμπεριφορά των ανεμογεννητριών μεταβλητών στροφών έλαβαν χώρα μια σειρά από δοκιμές. Έτσι προς εξαγωγή συμπερασμάτων διεξήχθησαν συγκριτικές δοκιμές με το επαγγελματικό πρόγραμμα PSS/E σε ένα ακτινικό σύστημα σύνδεσης αιολικού πάρκου σε άπειρος ζυγό. Επίσης έγινε σύγκριση με ένα λεπτομερές ηλεκτρομαγνητικό μοντέλο που αναπαριστά ένα αιολικό πάρκο αποτελούμενο από ανεμογεννήτριες διπλής τροφοδότησης. Στη συνέχεια προσομοιώθηκε το αυτόνομο ηλεκτρικό σύστημα της Ρόδου, όπου έγινε ανάλυση δύο ενδεικτικών σεναρίων λειτουργίας για τη μελέτη της συμπεριφοράς του δικτύου και ιδιαίτερα της συχνότητας αυτού. Το ένα αφορά την περίπτωση μέγιστης παραγωγής από αιολικά πάρκα και το άλλο την περίπτωση μέγιστης αιολικής διείσδυσης ως ποσοστό επί του φορτίου του νησιού. Και στις δύο περιπτώσεις θεωρήθηκε ως διαταραχή του συστήματος η απώλεια μιας συμβατικής μονάδας παραγωγής. Επιπροσθέτως έγινε χρήση της ανάλυσης ιδιοτιμών και ιδιοδιανυσμάτων του γραμμικοποιημένου συστήματος ώστε να μελετηθούν οι κρίσιμοι ρυθμοί απόκρισης που επηρεάζουν τη συμπεριφορά του.Στο πρώτο σενάριο λειτουργίας μελετάται κυρίως η επίδραση του ελέγχου τερματικής τάσης στις Α/Γ μεταβλητών στροφών στη διαμόρφωση της συχνότητας του συστήματος. Στο δεύτερο μελετούνται τρόποι αποφυγής ενεργοποίησης των ηλεκτρονόμων αποκοπής φορτίου λόγω υποσυχνότητας. Για το λόγο αυτό προτείνεται μία εναλλακτική κατανομή της παραγωγής από συμβατικές μονάδες. Τέλος σε χωριστό κεφάλαιο γίνεται η ανάλυση του σχεδιασμού κατάλληλου αδρανειακού ελεγκτή στις Α/Γ μεταβλητών στροφών προς βελτίωση της απόκρισης της συχνότητας του συστήματος κατά τη μεταβατική βύθιση λόγω απώλειας παραγωγής.