Έλεγχος και Δυναμική Συμπεριφορά Συστήματος Αποθήκευσης με Μπαταρίες

Abstract

Οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) κατέχουν ολοένα και σημαντικότερη θέση στο ισοζύγιο της ηλεκτρικής ενέργειας. Η αύξηση της διείσδυσης των ΑΠΕ καθιστά τα ηλεκτρικά συστήματα λιγότερο ευσταθή, με μεγαλύτερες αποκλίσεις του πλάτους και της συχνότητας της τάσης, γεγονός το οποίο επιδεινώνεται στην περίπτωση μικρών αυτόνομων ηλεκτρικών συστημάτων. Η παρούσα Διπλωματική Εργασία πραγματεύεται τη σχεδίαση των ελεγκτών και μοντελοποίηση ενός συστήματος αποθήκευσης με μπαταρίες και τη διερεύνηση ένταξής του σε ένα μικρό αυτόνομο ηλεκτρικό σύστημα με σκοπό τη βελτίωση της συνολικής δυναμικής απόκρισης αυτού σε διαταραχές. Αρχικά, παρουσιάζονται οι ελεγκτές στροφών και τάσης των ντιζελογεννητριών του συστήματος και δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στη χρήση ενός φίλτρου Μεταβατικού Κέρδους Διεγέρσεως (Transient Gain Reduction Filter) στον ελεγκτή τάσης με στόχο την απαλοιφή των ταλαντώσεων που παρατηρούνται σε άεργο ισχύ και τάση. Στη συνέχεια, αναλύεται διεξοδικά ο PQ έλεγχος του τριφασικού μετατροπέα ισχύος του συστήματος αποθήκευσης. Ο ελεγκτής ρεύματος στο dq πλαίσιο αναφοράς θεωρείται η πλέον κατάλληλη επιλογή για τον ανεξάρτητο έλεγχο της ροής ενεργού και αέργου ισχύος από τον τριφασικό μετατροπέα ισχύος, προς και από το δίκτυο. Ενδιαφέρον παρουσιάζει η ανάλυση του ελέγχου, που υλοποιείται στο ανά μονάδα σύστημα. Κατόπιν, παρατίθενται τα δεδομένα της διεθνούς βιβλιογραφίας σχετικά με τις προτεινόμενες στρατηγικές ελέγχου ενεργού ισχύος συστημάτων συσσωρευτών και παρουσιάζονται οι διεθνείς κώδικες του ENTSO-E αναφορικά με τα επιτρεπτά όρια μεταβατικής συμπεριφοράς της συχνότητας. Ακολούθως, περιγράφεται αναλυτικά το υπό μελέτη σύστημα, σχεδιάζονται οι P-Q καμπύλες του τριφασικού μετατροπέα ισχύος, αναλύεται ο προτεινόμενος έλεγχος πρωτεύουσας ρύθμισης, αδρανειακής απόκρισης και τάσης του συστήματος συσσωρευτών και προτείνεται μια αυτόματη τεχνική επαναφόρτισης της μπαταρίας. Στη συνέχεια, γραμμικοποιείται το σύστημα και υπολογίζεται αναλυτικά η σταθερά αδρανείας του συστήματος αποθήκευσης. Για την αξιολόγηση του συστήματος, πραγματοποιούνται προσομοιώσεις στο λογισμικό Matlab/Simulink, χρησιμοποιώντας πλήρες διακοπτικό μοντέλο για τον μετατροπέα και παρουσιάζονται οι αντίστοιχες δυναμικές αποκρίσεις που προκύπτουν από προσομοιώσεις στο γραμμικοποιημένο ισοδύναμο. Τέλος, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας και εξάγονται τα συμπεράσματα, τα οποία υποδηλώνουν ότι η χρήση ενός συστήματος αποθήκευσης με μπαταρίες είναι δυνατόν να βελτιώσει σημαντικά την απόκριση συχνότητας και τάσης ενός αυτόνομου ηλεκτρικού δικτύου.