Διερεύνηση Συμβατότητας Με Κώδικες Συστήματος Θαλάσσιων Αιολικών Πάρκων Διασυνδεδεμένων Μέσω Συνδέσμων Hvdc

Abstract

Η μεταφορά σημαντικών ποσοτήτων ισχύος σε μεγάλες αποστάσεις με γραμμές υψηλής τάσης συνεχούς ρεύματος (High Voltage direct current, HVdc) γίνεται όλο και πιο δελεαστική τα τελευταία χρόνια λόγω του μειωμένου κόστους και απωλειών και της αυξημένης ελεγξιμότητας που προσφέρει. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η χρήση γραμμών HVdc για τη διασύνδεση υπεράκτιων αιολικών πάρκων με το ηπειρωτικό ηλεκτρικό σύστημα. Στην περίπτωση αυτή, το αιολικό πάρκο οφείλει να ικανοποιεί συγκεκριμένες απαιτήσεις στο σημείο σύνδεσης με το ηπειρωτικό δίκτυο, οι οποίες σκιαγραφούνται από τους κώδικες συστήματος κάθε περιοχής.Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται αρχικά τα βασικά πλεονεκτήματα, τα είδη και οι προβλεπόμενες μελλοντικές κατευθύνσεις της τεχνολογίας HVdc. Στη συνέχεια, περιγράφεται ο τρόπος ελέγχου ενός δικτύου HVdc βασισμένου σε μετατροπείς πηγής τάσης (VSC-HVdc). Συγκεκριμένα, περιγράφονται οι τρόποι συγχρονισμού των μετατροπέων της γραμμής με το δίκτυο και οι διάφοροι ελεγκτές των μετατροπέων, οι οποίοι στηρίζονται στις αρχές του διανυσματικού ελέγχου. Παρουσιάζονται οι επιπρόσθετες δυσκολίες του ελέγχου για διασύνδεση σε αδύναμα ηπειρωτικά δίκτυα καθώς και δύο παραλλαγές ελέγχου από τη βιβλιογραφία, εκ των οποίων η πρώτη προτείνει την τροποποίηση του συμβατικού ελεγκτή ρεύματος και η δεύτερη αντιμετωπίζει κάποια προβλήματα συγχρονισμού με το δίκτυο.Στη συνέχεια, αναφέρονται οι βασικές απαιτήσεις σύνδεσης υπεράκτιων αιολικών πάρκων με το ηπειρωτικό σύστημα, όπως αυτές αποτυπώνονται στο Γερμανικό κώδικα συστήματος. Ακολούθως, περιγράφεται ο τρόπος μοντελοποίησης μιας ανεμογεννήτριας μονίμων μαγνητών με πλήρη μετατροπέα ισχύος και τα διάφορα συστήματα ελέγχου της. Η ανεμογεννήτρια εφοδιάζεται με ικανότητα απόκρισης συχνότητας και αντοχής σε βυθίσεις τάσης. Το μοντέλο της ανεμογεννήτριας χρησιμοποιείται για την προσομοίωση ενός αιολικού πάρκου.Τέλος, το πλήρες σύστημα ενός αιολικού πάρκου διασυνδεδεμένου μέσω γραμμής HVdc με το ηπειρωτικό δίκτυο εξετάζεται για τη δυνατότητα ικανοποίησης των απαιτήσεων του κώδικα συστήματος. Η ικανότητα αντοχής σε βυθίσεις τάσης οδηγεί σε ανάγκη μείωσης της παραγόμενης ενεργού ισχύος του πάρκου και αντιμετωπίζεται με δυο τρόπους, χωρίς την ύπαρξη συστήματος επικοινωνίας για το σκοπό αυτό. Ο πρώτος είναι η πρόκληση τεχνητής βύθισης της τάσης του υπεράκτιου δικτύου με την ανίχνευση αυξημένης τάσης dc, ώστε το αιολικό πάρκο που συνδέεται σε αυτό να μειώσει την ισχύ του. Ένα απλουστευμένο μαθηματικό μοντέλο αναπτύσσεται για τη διερεύνηση της επίδρασης του ελέγχου σε βασικά ηλεκτρικά μεγέθη που ενδιαφέρουν. Προτείνεται η τροποποίηση του συμβατικού ελεγκτή με την προσθήκη διαφορικής απόκρισης και εκτιμάται η διαφοροποίηση που θα επιφέρει στην απόκριση. Ο δεύτερος τρόπος είναι η πρόκληση τεχνητής αύξησης της συχνότητας του υπεράκτιου δικτύου με την ανίχνευση αυξημένης τάσης dc, προκειμένου ο ελεγκτής απόκρισης συχνότητας του πάρκου να δώσει εντολή μείωσης ισχύος. Με βάση πάλι ένα απλουστευμένο μαθηματικό μοντέλο, μελετάται ο ρόλος των διαφόρων παραμέτρων στην ικανότητα επιτυχούς ανάρρωσης από τη βύθιση τάσης με έμφαση στο ρόλο της αδρανειακής απόκρισης του αιολικού πάρκου. Τέλος, η δυνατότητα ικανοποίησης των απαιτήσεων του δικτύου σε διαταραχές συχνότητας εξετάζεται και μια ανάλυση παρόμοια με τις προηγούμενες πραγματοποιείται.