Συνεισφορά Φωτοβολταϊκών Πάρκων Στη Ρύθμιση Συχνότητας: Έμφαση Σε Ασθενή-αυτόνομα Ηλεκτρικά Δίκτυα

Abstract

Η διείσδυση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας αυξάνεται ραγδαία τα τελευταία χρόνια. Η τάση αυτή αναμένεται να πάρει ακόμα μεγαλύτερες διαστάσεις τις επόμενες δεκαετίες. Μέχρι πρόσφατα οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας δεν είχαν συμβολή στην ευστάθεια του δικτύου, όπως κάνουν οι συμβατικές μονάδες. Αυτό κρίθηκε αναγκαίο, καθώς σταδιακά με την αύξηση της παραγωγής από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, η συνολική αξιοπιστία του συστήματος θα μειωνόταν.Τα φωτοβολταϊκά συστήματα αναμένεται να πρωταγωνιστήσουν στην ηλεκτροπαραγωγή από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Έτσι στην παρούσα διπλωματική γίνεται μια προσπάθεια αντιμετώπισης του προβλήματος της ευστάθειας της συχνότητας του δικτύου από τα φωτοβολταϊκά συστήματα. Όπως ειπώθηκε το πρόβλημα αυτό προκύπτει από την σταδιακή απώλεια των συμβατικών μονάδων παραγωγής, τα οποία αποτελούνται από σύγχρονες μηχανές. Έτσι λοιπόν εισάγεται μια νέα στρατηγική ελέγχου των φωτοβολταϊκών συστημάτων, η οποία προσομοιώνει μερικά χαρακτηριστικά των σύγχρονων μηχανών (καμπύλη στατισμού, αδρανειακή απόκριση).Αρχικά γίνεται μία προσέγγιση των χαρακτηριστικών των λεγόμενων «ασθενών δικτύων» (αυτόνομα δίκτυα, μικροδίκτυα, αγροτικά δίκτυα), στα οποία η μελέτη της ευστάθειας είναι ιδιαίτερης σημασίας. Στη συνέχεια ακολουθεί μία ανάλυση για το πως γίνεται η ρύθμιση συχνότητας στα ηλεκτρικά δίκτυα (καμπύλη ρύθμισης φορτίου συχνότητας, αδρανειακή απόκριση), καθώς και μία απαρίθμηση των κανόνων που επιβάλλονται στα ηλεκτρικά δίκτυα στο κομμάτι της συχνότητας. Στη συνέχεια δίνονται κάποιες μέθοδοι για το πώς μπορεί να εισαχθεί εικονική αδράνεια στο δίκτυο μέσω διάφορων μονάδων διεσπαρμένης παραγωγής (ανεμογεννήτριες, φωτοβολταϊκά, συστήματα αποθήκευσης ενέργειας).Στη συνέχεια αναλύεται ο τρόπος λειτουργίας των φωτοβολταϊκών συστημάτων. Συγκεκριμένα αναλύεται το μοντέλο του φωτοβολταϊκού πλαισίου που χρησιμοποιήθηκε, όπως επίσης αναφέρονται και διάφορες τεχνικές MPPT αλλά παρουσιάζεται και ένας αλγόριθμος που επιτρέπει την επιβολή ισχύος στο φωτοβολταϊκό σύστημα. Ακολουθεί η ανάλυση της προτεινόμενης φωτοβολταϊκής διάταξης, ώστε να συνεισφέρει στη ρύθμιση της συχνότητας. Πιο αναλυτικά παρουσιάζεται η δομή του φωτοβολταϊκού πάρκου, η μέθοδος εκτίμησης της μέγιστης ισχύος, η καμπύλη στατισμού και η αδρανειακή απόκριση που επιλέχθηκε αλλά και ο τρόπος που συνεργάζονται συνολικά. Επίσης παρουσιάζεται η συμπεριφορά της διάταξης σε ένα προφίλ συχνότητας με την φωτεινότητα σταθερή αλλά και μεταβαλλόμενη. Τέλος προσομοιώθηκαν τρία δίκτυα (ένα ασθενές, ένα ισχυρό και ένα αυτόνομο) ώστε να επιβεβαιωθεί η λειτουργία του προτεινόμενου φωτοβολταϊκού πάρκου με τα αποτελέσματα να είναι ενθαρρυντικά.