Ανάλυση Και Διαχείριση Υβριδικού Μικροδικτύου

Abstract

Τα τελευταία χρόνια, τα μικροδίκτυα βρίσκονται σε συνεχή εξέλιξη με σκοπό τη μεγάλη διείσδυση Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΑΠΕ) στα ηλεκτρικά δίκτυα. Η αναγκαιότητα ενός AC ή DC μικροδικτύου εξαρτάται από τις διαθέσιμες πηγές διεσπαρμένης παραγωγής και τα συνδεδεμένα φορτία. Η υβριδική δομή μπορεί να εξασφαλίσει μία βιώσιμη διάταξη, η οποία συνδυάζει και τις δύο μορφές. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, εξετάζεται μία δομή υβριδικού μικροδικτύου συνδεδεμένου στο δίκτυο μέσω δύο παράλληλα συνδεδεμένων μετατροπέων (back-to-back) με DC διασύνδεση. Ενώ η back-to-back σύνδεση μεταξύ δύο AC συστημάτων προσφέρει μία αξιόπιστη, απομονωμένη και αποδοτική ζεύξη, η DC διασύνδεση μπορεί να λειτουργήσει ως ένας DC ζυγός που θα διευκολύνει τη χρήση των DC μικροπηγών. Η διάταξη αυτή επιτρέπει την άμεση παροχή ενέργειας στα τοπικά φορτία αλλά και την ανταλλαγή ισχύος μεταξύ όλων των δικτύων. Προτείνεται στρατηγική ελέγχου που προσφέρει ικανότητα ροής ισχύος από και προς πάσα κατεύθυνση, καθώς και λειτουργία υπό μοναδιαίο συντελεστή ισχύος. Για τον έλεγχο των ροών ισχύος από και προς τα AC δίκτυα σχεδιάζονται ελεγκτές dq-συντεταγμένων. Συγκεκριμένα, υλοποιούνται αποσυζευγμένοι ελεγκτές ρεύματος για τις dq-συνιστώσες και ένας ελεγκτής τάσης για τη DC διασύνδεση σε συνδυασμό με τη στρατηγική Διαμόρφωσης Εύρους Παλμών (PWM). Για τον έλεγχο της ροής ισχύος από και προς το DC μικροδίκτυο χρησιμοποιείται ένας DC/DC μετατροπέας μεταξύ DC διασύνδεσης και DC μικροπηγών ή φορτίων, ο οποίος ελέγχεται μέσω της τεχνικής Ολίσθησης επί Επιφανείας (Sliding mode). Η συγκεκριμένη τεχνική επιτρέπει έλεγχο τεσσάρων τεταρτημορίων για ροή ισχύος προς κάθε κατεύθυνση και λειτουργία είτε υποβιβασμού είτε ανύψωσης τάσης. Το σύστημα μοντελοποιείται και προσομοιώνεται σε περιβάλλον Matlab/Simulink για διάφορες συνθήκες λειτουργίας.Στο Κεφάλαιο 1, γίνεται μία ιστορική αναδρομή στα ηλεκτρονικά ισχύος, ενώ παράλληλα δίνονται γενικές πληροφορίες για τους τύπους ηλεκτρονικών ισχύος που θα χρησιμοποιηθούν, τη διεσπαρμένη παραγωγή και τα διάφορα είδη μικροδίκτυων. Στο Κεφάλαιο 2, παρουσιάζεται η PWM τεχνική, η λειτουργία του τριφασικού αντιστροφέα, και ο έλεγχός του σε σύστημα dq-συντεταγμένων για ροή προκαθορισμένων ποσών ενεργού και άεργου ισχύος από και προς την AC πλευρά. Στο Κεφάλαιο 3, αναλύονται αντίστοιχα η λειτουργία του τριφασικού ανορθωτή τάσης και ο έλεγχός του σε dq-συντεταγμένες με σκοπό την διατήρηση της τάσης στη DC διασύνδεση και τη λειτουργία του υβριδικού μικροδικτύου υπό μοναδιαίο συντελεστή ισχύος. Στο Κεφάλαιο 4, παρουσιάζονται τα κυκλώματα υποβιβασμού και ανύψωσης τάσης, ο DC/DC μετατροπέας τεσσάρων τεταρτημορίων και η τεχνική ελέγχου ολίσθησης επί επιφανείας. Στο τέλος καθενός από τα τρία αυτά κεφάλαια προσομοιώνονται οι αντίστοιχοι μετατροπείς σε περιβάλλον Matlab/Simulink, ενώ στο Κεφάλαιο 5 γίνεται προσομοίωση και επικύρωση της αξιόπιστης λειτουργίας του συνολικού συστήματος για διάφορες συνθήκες λειτουργίας του υβριδικού μικροδικτύου. Τέλος, στο Κεφάλαιο 6 συνοψίζονται τα κυριότερα συμπεράσματα της παραπάνω ανάλυσης.