Μελέτη Αρμονικών Σε Δίκτυα Υψηλής Τάσης Με Υψηλή Διείσδυση Φωτοβολταϊκών

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζεται το πρόβλημα των αρμονικών σε δίκτυα χαμηλής τάσης στα οποία υπάρχει υψηλή διείσδυση φωτοβολταϊκών εγκαταστάσεων.Σε πρώτη φάση διερευνάται ο μηχανισμός με τον οποίο γίνεται η εισαγωγή των αρμονικών στη τάση σε ένα ηλεκτρικό δίκτυο λόγω του παραμορφωμένου ρεύματος που καταναλώνουν ή εγχύουν μη γραμμικές ηλεκτρικές διατάξεις. Παράλληλα, εξετάζονται τα προβλήματα που μπορούν να προκληθούν σε ένα δίκτυο του οποίου η τάση είναι "μολυσμένη" με αρμονικές, αλλά και οι τρόποι με τους οποίους αυτές περιορίζονται.Το πρόβλημα προσανατολίζεται σε συγκεκριμένες ηλεκτρικές διατάξεις οι οποίες αποτελούν βασική λειτουργική μονάδα των φωτοβολταϊκών εγκαταστάσεων που συνδέονται στο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. Πρόκειται για τους αντιστροφείς, το παραγόμενο ρεύμα των οποίων έχει εκ των πραγμάτων αξιόλογη αρμονική παραμόρφωση.Στη συνέχεια, γίνεται μία αναθεώρηση των προτύπων ποιότητας ισχύος από την πλευρά των επιτρεπόμενων εκπομπών αρμονικών ρεύματος αλλά και των προδιαγραφών ποιότητας ισχύος (με έμφαση στις αρμονικές) που πρέπει να πληρεί ένα ηλεκτρικό δίκτυο.Στο επόμενο στάδιο, αναλύεται σε θεωρητικό επίπεδο ο μηχανισμός δημιουργίας αρμονικών στην τάση από πηγές αρμονικών ρεύματος σε δίκτυα χαμηλής τάσης.Τα πειράματα που διενεργούνται έχουν ως σκοπό τον εντοπισμό των παραμέτρων οι οποίες επηρεάζουν την ένταση των εκπεμπόμενων αρμονικών στον εργαστηριακό αντιστροφέα και για αυτό γίνονται καταγραφές των εκπεμπόμενων αρμονικών του σε διάφορες τιμές αποδιδόμενης ισχύος. Επίσης μελετώνται οι εκπομπές του με πειράματα τεχνητής παραμόρφωσης της τάσης στην οποία συνδέεται. Παράλληλα, διενεργούνται μετρήσεις αρμονικών σε συχνότητες μεγαλύτερες από αυτές που καλύπτουν τα πρότυπα emc (μεγαλύτερες από 2kHz). Τέλος, καταμετρώνται οι φασικές γωνίες των αρμονικών ρεύματος σε όμοιους αντιστροφείς και διερευνάται η σχέση μεταξύ των γωνιών ίδιων τάξεων.Στο τελικό στάδιο της εργασίας, πραγματοποιούνται προσομοιώσεις σε Η/Υ με το λογισμικό PSCAD-EMTDC. Στα πλαίσια της μελέτης αρμονικών, μοντελοποιούνται δίκτυα χαμηλής τάσης (με έμφαση στα αγροτικά δίκτυα) στα οποία εισάγονται μοντέλα αρμονικών πηγών κατ' αντιστοιχία με την διείσδυση των φωτοβολταϊκών αντιστροφέων στα αντίστοιχα πραγματικά δίκτυα χαμηλής τάσης. Οι πηγές αρμονικών που επιστρατεύονται για τη μελέτη είναι, αρχικά πηγές ρεύματος με εκπομπή αρμονικών σταθερών πλατών και φασικών γωνιών, μετρημένες κυματομορφές πραγματικών αντιστροφέων και στο τέλος πλήρης μοντελοποίηση μονοφασικού αντιστροφέα.Οι προσομοιώσεις ορίζονται από ποικίλα σενάρια διαφορετικών χαρακτηριστικών (δικτύων, φορτίων και πηγών αρμονικών) με απώτερο σκοπό τόσο την εξαγωγή συμπερασμάτων για την ένταση του προβλήματος των αρμονικών, λόγω της διείσδυσης Φ/Β σε δίκτυα Χ.Τ., όσο και την εγκυρότητα των διαφορετικών μοντελοποιήσεων των πηγών αρμονικών.