Μοντελοποίηση Και Έλεγχος Πολυτερματικού Δικτύου Hvdc Για Συμβατότητα Με Τις Απαιτήσεις Κωδίκων Συστήματος

Abstract

Η τεχνολογία μεταφοράς μεγάλων ποσοτήτων ενέργειας σε μακρινές αποστάσεις με συνδέσμους υψηλής τάσης συνεχούς ρεύματος [High Voltage Direct Current] αποτελεί ήδη διαδεδομένη εναλλακτική έναντι της AC μεταφοράς, λόγω της μείωσης κόστους και απωλειών που επιτρέπει. H τεχνολογία σήμερα χρησιμοποιείται για τη σύνδεση θαλάσσιων αιολικών πάρκων με το δίκτυο μέσω μεμονωμένων DC γραμμών. Το επόμενο βήμα είναι η δημιουργία διασυνδέσεων με περισσότερους από δύο μετατροπείς (πολυτερματική τοπολογία), αφού κάτι τέτοιο θα επέτρεπε περαιτέρω μείωση του κόστους και των απωλειών. Παρόλα αυτά, σε μια τέτοια τοπολογία εγείρονται σημαντικές προκλήσεις όσον αφορά τον έλεγχο της DC τάσης και της ισχύος, αλλά και τη συμβατότητα με τους Κώδικες Συστήματος στο σημείο σύνδεσης με το ηπειρωτικό δίκτυο.Αρχικά γίνεται μια επισκόπηση της τεχνολογίας HVDC, των διάφορων εκδοχών της και των μελλοντικών τάσεων, καθώς και μια εισαγωγή στην έννοια της πολυτερματικής τοπολογίας. Επίσης, περιγράφεται συνοπτικά η κατάσταση και το ανεμολογικό προφίλ του Αιγαίου πελάγους. Ακολουθεί η λεπτομερής ανάλυση του μοντέλου του αιολικού πάρκου που θα χρησιμοποιηθεί, δομικό συστατικό του οποίου είναι η πολυπολική γεννήτρια μονίμων μαγνητών με διάφορα υποσυστήματα ελέγχου, μετατροπέα πλήρους ισχύος και ικανότητες fault ride-through. Στη συνέχεια παρουσιάζεται αναλυτικά το μοντέλο του μετατροπέα πηγής τάσης. Έπειτα από μια υπενθύμιση εννοιών όπως τα πλαίσια αναφοράς Clarke και Park, εξετάζεται ενδελεχώς το σύστημα ελέγχου του μετατροπέα με έμφαση στον εσωτερικό και εξωτερικό βρόχο ελέγχου ρευμάτων αλλά και πιθανές παραλλαγές. Ακολούθως παρουσιάζεται το πρώτο σκέλος των καθεαυτό ζητούμενων της εργασίας, δηλαδή οι στρατηγικές ελέγχου ενός πολυτερματικού δικτύου. Πέρα από το θεωρητικό υπόβαθρο της κάθε στρατηγικής, περιγράφονται τα στοιχεία του δικτύου και εξάγονται οι εξισώσεις ροής φορτίου. Στην περίπτωση του στατισμού πραγματοποιείται ανάλυση ευαισθησίας για να διαπιστωθεί η επίδραση των παραμέτρων στατισμού στο διαμοιρασμό ισχύος.Στο δεύτερο σκέλος της εργασίας, αρχικά γίνεται μια εισαγωγή στις βασικές απαιτήσεις του γερμανικού κώδικα συστήματος για offshore διασυνδέσεις. Δίνεται έμφαση στη συμπεριφορά του δικτύου κατά τη διάρκεια σφαλμάτων στο ηπειρωτικό δίκτυο, όπου οι ηπειρωτικοί μετατροπείς πρέπει να μειώσουν την εγχεόμενη ισχύ ευθέως ή εμμέσως. Για να μην προκληθεί DC υπέρταση, οι νησιωτικοί μετατροπείς πρέπει να ανιχνεύσουν το σφάλμα και να δράσουν κατάλληλα ώστε τα αιολικά πάρκα να μειώσουν την παραγόμενη ισχύ. Δεδομένου ότι δεν υπάρχει επικοινωνία μεταξύ των μετατροπέων, ως ένδειξη λαμβάνεται η αυξημένη DC τάση ενώ στη συνέχεια οι μετατροπείς προκαλούν τεχνητή αύξηση συχνότητας ή τεχνητή βύθιση τάσης στα νησιωτικά δίκτυα, με αποτέλεσμα τη μείωση ισχύος από τα πάρκα. Στην περίπτωση σφάλματος υπερσυχνότητας απαιτείται ένας πιο πολύπλοκος μηχανισμός, ώστε να επιτευχθεί μείωση ισχύος κατά ένα συγκεκριμένο ποσοστό. Οι απαιτούμενοι μηχανισμοί για τα παραπάνω περιγράφονται λεπτομερώς. Στη συνέχεια ακολουθούν τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων. Αρχικά προσομοιώνονται οι διάφορες στρατηγικές ελέγχου με έμφαση στον έλεγχο στατισμού, θεωρώντας κατάλληλες κάθε φορά συνθήκες αιολικής παραγωγής - νησιωτικού φορτίου. Μετά επαληθεύεται η συμβατότητα του DC δικτύου με τους κώδικες σύστηματος, τόσο ως προς την απαίτηση στήριξης τάσης κατά τη διάρκεια σφάλματος βραχυκυκλώσεως (low-voltage ride-through) αλλά και ως προς τη συμβολή των ηπειρωτικών μετατροπέων στη ρύθμιση συχνότητας κατά τη διάρκεια σφαλμάτων υπερσυχνότητας. Επίσης, αναδεικνύεται η επίδραση διαφόρων παραμέτρων (όπως το κέρδος αδρανειακής απόκρισης) των βρόχων ελέγχου στις καταπονήσεις των μεγεθών.Το σενάριο που εξετάστηκε είναι η σχεδιαζόμενη διασύνδεση των νησιών Λήμνου, Λέσβου και Χίου με το ηπειρωτικό Σύστημα μέσω HVDC δικτύου πέντε τερματικών.