Μελέτη Της Συμπεριφοράς Των Εικονικών Σύγχρονων Μηχανών Στη Στήριξη Της Συχνότητας

Abstract

Η διαρκής αύξηση της παραγωγής από ανανεώσιμες πήγες ενέργειας έχει αλλάξει σε βάθος την τυπική δομή του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας, επηρεάζοντας δυσμενώς την ευστάθεια του ηλεκτρικού δικτύου. Μία καινούρια στρατηγική ελέγχου, η οποία δημιουργεί εικονική περιστροφική αδράνεια έχει προταθεί στα διασυνδεδεμένο δίκτυο ως ελπιδοφόρα λύση στο αναδυόμενο αυτό πρόβλημα. Οι εικονικές σύγχρονες μηχανές (ΕΣΜ ) είναι συσκευές που παρέχουν εικονική αδράνεια. Η βασική ιδέα πίσω από τις ΕΣΜ έχει ως στόχο την αναπαραγωγή των στατικών και δυναμικών χαρακτηριστικών μιας πραγματικής σύγχρονης μηχανής (ΣΜ ) μέσω ηλεκτρονικών ισχύος, ώστε να κληρονομήσουν τα πλεονεκτήματα που οι σύγχρονες μηχανές έχουν σε σχέση μετη ευστάθεια του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας. Στην καρδιά των ΕΣΜ, βρίσκεται η έννοια της αποθήκευσης ενέργειας, που αποτελεί το ανάλογο της κινητικής ενεργείας που είναι αποθηκευμένη στην περιστρεφόμενη μάζα του δρομέα των ΣΜ. Η ανάπτυξη μιας τέτοιας στρατηγικής ελέγχου και η διερεύνηση της αλληλεπίδρασης των ΕΣΜ με το δίκτυο, όσον αφορά την ευστάθεια της συχνότητας, είναι από τους πρωταρχικούς στόχους αυτής της εργασίας.Στο κεφάλαιο 1 γίνεται λόγος για το σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας. Παρουσιάζουμε συνοπτικά τις κυριότερες τεχνολογίες διεσπαρμένης παραγωγής και αποθήκευσης ενέργειας καθώς και τις επικουρικές υπηρεσίες ρύθμισης συχνότητας σύμφωνα με το ENTOS-E (European Network of Transmission System Operators for Electricity). Στο κεφάλαιο 2 εξετάζουμε την δυναμική των σύγχρονων μηχανών, από την κατανοηση των οποίον προκύπτουν οι Εικονικές Σύγχρονες Μηχανές. Η κατανόηση της λειτουργίας των συσσωρευτών είναι απαραίτητη για την ανάπτυξη μοντέλων που προσομοιώνουν τη συμπεριφορά τους. Για το λόγο αυτό, στο κεφάλαιο 3, περιγράφεται η δομή, η αρχή λειτουργίας και οι διάφοροι τύποι συσσωρευτών. Στη συνέχεια μια επισκόπηση των διαφορετικών μοντέλων μπαταρίας που είναι διαθέσιμα στη βιβλιογραφία καθώς και η αξιολόγηση τους, πραγματοποιείται στο κεφάλαιο 4.Στο κεφάλαιο 5 αναπτύσσουμε ένα μοντέλου μπαταρίας, βασισμένο στη συστοιχία συσσωρευτών Μολύβδου - οξέος του εργαστηρίου ΣΗΕ. Το μοντέλο είναι ικανό να περιγράψει τόσο την δυναμική συμπεριφορά της κατάστασης φόρτισης των μπαταριών όσοκαι την δυναμική συμπεριφορά της τερματικής τάσης.Ο στόχος μιας εικονικής σύγχρονης μηχανής είναι να αλληλεπιδρά με το δίκτυο, εισάγοντας και απορροφώντας ενέργεια από αυτό σύμφωνα με τις διακυμάνσεις και το ρυθμό μεταβολής της συχνότητας. Αυτό πρέπει να γίνεται με τέτοιο τρόπο ώστε να μιμείται μια πραγματική σύγχρονη μηχανή. Στο κεφάλαιο 6 περιγράφουμε της λειτουργία των εικονικών σύγχρονων μηχανών, τόσο για την δυνατότητα ρύθμισης της συχνότητας όσο και για την ρύθμιση τάσης. Η συνεισφορά της εισαγωγής ΕΣΜ στη λειτουργία του συστήματος ηλεκτρικής ενέργεια είναι το αντικείμενο του κεφαλαίου 7. Η επίδραση των ΕΣΜ αποτιμάται προσομοιώνοντας διαφορετικά σενάρια ηλεκτρικών συστημάτων με διαφορετικό ποσοστό εισαγωγής ΕΣΜ.Τέλος, στο κεφάλαιο 8 εξετάζουμε την λειτουργία των ΕΣΜ για πρωτεύουσα ρύθμιση συχνότητας, βασισμένη σε δεδομένα συχνότητας που μας παραχώρησε ο Ανεξάρτητος Διαχειριστής Μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας. Αναπτύσσουμε και συγκρίνουμε διαφορετικούς αλγόριθμους ελέγχου των ΕΣΜ, που λαμβάνουν υπόψιν τόσο τους περιορισμούς που προκύπτουν από την κατάσταση φόρτισης όσο και από την μέγιστη χωρητικότητα των συσσωρευτών.