Σχεδίαση Συστήματος Ελέγχου Ανεμογεννήτριας Μεταβλητών Στροφών Με Δυνατότητα Ρύθμισης Τάσης Και Συχνότητας

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία αναπτύχθηκε ένα δυναμικό μοντέλο μιας ανεμογεννήτριας μεταβλητών στροφών ονομαστικής ισχύος 2 MW, με συμβατική σύγχρονη γεννήτρια. Η έξοδος της ανεμογεννήτριας συνδέεται μέσω τριφασικού ανορθωτή διόδων, μετατροπέα ανύψωσης τάσης και τριφασικού αντιστροφέα τύπου πηγής τάσης στο δίκτυο. Ο μετατροπέας ανύψωσης τάσης εξασφαλίζει την ανεύρεση του σημείου μεγίστης ισχύος ενώ ο αντιστροφέας χρησιμοποιεί την τεχνική ημιτονοειδούς διαμόρφωσης εύρους παλμών για την εξάλειψη ανώτερων αρμονικών. Το μοντέλο του συστήματος αναπτύχθηκε σε περιβάλλον προσομοίωσης Simulink/MATLAB και εξετάστηκαν τόσο η μόνιμη κατάσταση λειτουργίας όσο και διάφορες διαταραχές. Σε ένα πρώτο βήμα εξετάστηκε η λειτουργία της ανεμογεννήτριας συνδεδεμένης μέσω των μετατροπέων και γραμμής μέσης τάσης μήκους τριάντα χιλιομέτρων σε ιδανική πηγή τάσης. Υπό αυτή τη συνδεσμολογία εξετάστηκε η απόκριση του μοντέλου σε βηματικές μεταβολές της ταχύτητας του ανέμου και σε τυπικές διακυμάνσεις μικρής και μεγάλης ταχύτητας ανέμου. Στη συνέχεια εξετάστηκαν τα προβλήματα που παρουσιάζονται σε περιπτώσεις σημαντικής πτώσης τάσης του δικτύου και σχεδιάστηκε σύστημα ελέγχου της άεργου ισχύος προσαρμοσμένο στον αντιστροφέα, με το οποίο καθορίζεται η άεργος ισχύς που δύναται να προσφερθεί στο δίκτυο σε περιπτώσεις χαμηλής τάσης. Το σύστημα αυτό σχεδιάστηκε έτσι ώστε να μπορεί να ελεγχθεί από τον διαχειριστή του εκάστοτε δικτύου και εφαρμόστηκε ώστε να πληροί τις τιθέμενες προδιαγραφές του Γερμανικού κώδικα. Επίσης, σχεδιάστηκε σύστημα ελέγχου το οποίο καθορίζει την παραμονή ή μη της ανεμογεννήτριας στο δίκτυο σε περιπτώσεις διαταραχών και περιλαμβάνει ένα φορτίο έκτακτης ανάγκης για την κατανάλωση της περίσσειας ισχύος που προκύπτει σε τέτοιες περιπτώσεις.Τέλος, σχεδιάστηκε σύστημα ελέγχου συχνότητας του δικτύου προσαρμοσμένο στον μετατροπέα ανύψωσης τάσης, με συνδυασμένο έλεγχο στατισμού και αδρανειακής απόκρισης βασισμένο σε υποδειγματική καμπύλη ισχύος - συχνότητας, αλλά και στην περίπτωση καμπύλης ισχύος - συχνότητας που προβλέπει ο Ιρλανδικός κώδικας. Η λειτουργία του εξετάστηκε στο πρότυπο δίκτυο με ιδανική πηγή τάσης, σε δίκτυο αποτελούμενο από ανεμογεννήτρια,συμβατική γεννήτρια και φορτίο αλλά και στο ηλεκτρικό δίκτυο της Κύθνου, όπου προσαρμόστηκε ανεμογεννήτρια ονομαστικής ισχύος 500 kW σε συνθήκες απότομης αύξησης της ζήτησης ισχύος.