Τοπικός Έλεγχος Διεσπαρμένης Παραγωγής Σε Απομονωμένα Μικροδίκτυα

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκαν διάφορα είδη ελέγχου στατισμού σε απομονωμένα μικροδίκτυα Χαμηλής Τάσης, για αντιστροφείς συνδεδεμένους παράλληλα, οι οποίοι καλύπτουν κοινό φορτίο. Κύριο χαρακτηριστικό της μελέτης ήταν ο ελεγχόμενος διαμοιρασμός της ισχύος (ενεργού και αέργου) μεταξύ των αντιστροφέων, όπως και η διατήρηση των επιθυμητών ορίων της συχνότητας του μικροδικτύου, αλλά και της τάσης στην έξοδο των αντιστροφέων, χωρίς να χρειάζεται κανενός είδους πρόσθετη επικοινωνία μεταξύ τους, πέραν της βασικής τους ηλεκτρικής διασύνδεσης.Η μελέτη που έγινε είχε απώτερο σκοπό την εύρεση ενός αποδοτικού τρόπου ελέγχου δύο ειδών αντιστροφέων (συσσωρευτών και φωτοβολταϊκών), ώστε τελικά το αποτέλεσμα της παράλληλης χρήσης τους σε ένα μικροδίκτυο να είναι εξαρτώμενο από τις επιλογές του χρήστη, τόσο όσον αφορά τα όρια συχνότητας και τάσης, όσο και του διαμοιρασμού της ισχύος μεταξύ τους. Κύριο μέλημα κατά τον προγραμματισμό του ελέγχου ήταν αυτός να είναι πλήρως προβλέψιμος για κάθε μεταβολή που μπορεί να συμβεί τόσο στο φορτίο όσο και στην παραγωγή των φωτοβολταϊκών.Στο πρώτο μέρος της εργασίας περιγράφονται τα βασικά στοιχεία του ελέγχου στατισμού, ενώ επίσης αναπτύσσεται ο έλεγχος του πρώτου είδους αντιστροφέα, ο οποίος υλοποιεί έλεγχο της συχνότητας και της τάσης του μέσω της μετρούμενης ενεργού και αέργου ισχύος στην έξοδό του, αντίστοιχα, (P-f, Q-V έλεγχος στατισμού) και ο οποίος χρησιμοποιείται για τον έλεγχο των αντιστροφέων των συσσωρευτών. Στη συνέχεια αναλύεται ο τρόπος ελέγχου του δεύτερου είδους αντιστροφέων, δηλαδή των φωτοβολταϊκών, στον οποίο εφαρμόζεται έλεγχος της ενεργού και αέργου ισχύος στην έξοδό του βάσει της μετρούμενης συχνότητας του μικροδικτύου και της τάσης στην έξοδό του, αντίστοιχα (f-P, V-Q έλεγχος στατισμού).Στο δεύτερο σκέλος της διπλωματικής εργασίας γίνονται προσομοιώσεις σε έναν αντιστροφέα συσσωρευτών ώστε να ελεγχθεί η απόκριση του ελέγχου με διαφορετικές παραμέτρους, ενώ στη συνέχεια μελετάται ο διαμοιρασμός της ενεργού ισχύος μεταξύ δύο τέτοιων αντιστροφέων συνδεδεμένων παράλληλα. Επίσης, εξετάστηκε η επιβολή περιορισμού της μέγιστης ενεργού ισχύος των αντιστροφέων, ώστε όταν κάποιος αντιστροφέας φτάσει στο όριο, ο άλλος να καλύψει την υπόλοιπη ζήτηση του φορτίου. Οι προσομοιώσεις συνεχίζονται για παράλληλη σύνδεση ενός αντιστροφέα συσσωρευτών και ενός φωτοβολταϊκών, ο συνδυασμός των παραμέτρων των οποίων έγινε με σκοπό την αποδοτική χρήση της παραγόμενης ισχύος των φωτοβολταϊκών. Πραγματοποιήθηκαν πειραματικές μετρήσεις στο εργαστήριο, ώστε να διαπιστωθεί αν τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων συμπίπτουν με αυτά σε ένα πραγματικό μικροδίκτυο.Στο τρίτο κομμάτι της εργασίας έγιναν προσομοιώσεις για μικροδίκτυο, το οποίο λειτουργεί σε ημερήσια βάση αυτόνομα, ενώ ενσωματώθηκε και έλεγχος μέσω της στάθμης φόρτισης (SoC) των συσσωρευτών.Όλες οι προσομοιώσεις έγιναν μέσω του γραφικού προγραμματιστικού εργαλείου Simulink του περιβάλλοντος Matlab, ενώ οι πειραματικές μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν στο Εργαστήριο Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας της Σχολής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του ΕΜΠ.