Έλεγχος Συγχρονισμού Ισχύος σε Συστήματα VSC-HVDC για Διασυνδέσεις με Πολύ Ασθενή Δίκτυα ΕΡ

Abstract

Η τεχνολογία υψηλής τάσης συνεχούς ρεύματος (HVDC) αποτελεί την πλέον κατάλληλη επιλογή για τη μεταφορά υψηλών ποσοτήτων ηλεκτρικής ενέργειας κατά μήκος μεγάλων αποστάσεων. Στην επικράτηση της εν λόγω τεχνολογίας, ιδιαίτερα στη διασύνδεση απομονωμένων νησιωτικών συστημάτων, συνέβαλλαν τόσο οι μειωμένες απώλειες και η ευελιξία ελέγχου που αυτή παρουσιάζει, όσο και το μειωμένο κόστος εγκατάστασης.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη μίας διασύνδεσης HVDC, με τη χρήση μετατροπέων τύπου πηγής τάσης (VSC), μεταξύ ενός ισχυρού και ενός πολύ ασθενούς δικτύου εναλλασσόμενου ρεύματος (ΕΡ), δίνοντας ιδιαίτερη έμφαση στην τεχνική ελέγχου που εφαρμόζεται στον μετατροπέα στην πλευρά του πολύ ασθενούς δικτύου.

Αρχικά, στα πλαίσια της παρούσας εργασίας πραγματοποιείται εκτενής ανάλυση της τεχνολογίας HVDC και των πλεονεκτημάτων που αυτή παρουσιάζει έναντι της αντίστοιχης τεχνολογίας εναλλασσομένου ρεύματος (HVAC). Περαιτέρω, γίνεται αναφορά στα είδη των μετατροπέων (μετατροπείς τύπου πηγής ρεύματος-μετατροπείς τύπου πηγής τάσης) που χρησιμοποιούνται στις εμπορικές εφαρμογές HVDC παγκοσμίως. Ιδιαίτερη έμφαση δε, δίνεται στην τεχνολογία των μετατροπέων τύπου πηγής τάσης (VSC) και ειδικότερα στην κατηγορία των πολυεπίπεδων μετατροπέων με τη χρήση υπομονάδων (ΜΜC).

Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι κυριότερες τεχνικές ελέγχου που εφαρμόζονται σε μετατροπείς VSC εφαρμογών HVDC, με την ανάλυση να επικεντρώνεται σε μία σχετικά προσφάτως προτεινόμενη τεχνική ελέγχου, τον έλεγχο συγχρονισμού ισχύος (PSC).

Κατόπιν αποτύπωσης των απαραίτητων θεωρητικών στοιχείων που πλαισιώνουν την τεχνολογία HVDC, στην παρούσα εργασία μελετάται μία μονοπολική διασύνδεση VSC-HVDC μεταξύ ενός ισχυρού και ενός πολύ ασθενούς δικτύου (ΕΡ). Η υλοποίηση της μελέτης στηρίζεται στη σχεδίαση κατάλληλου μοντέλου προσομοίωσης με τη χρήση του λογισμικού MATLAB/Simulink. Μάλιστα, για μια πιο ρεαλιστική προσέγγιση επί του θέματος, τα χαρακτηριστικά και οι παράμετροι της υπό μελέτης διασύνδεσης επιλέγονται έτσι ώστε να ανταποκρίνονται, όσο το δυνατόν, στις πραγματικές τιμές της επικείμενης διασύνδεσης μεταξύ Αττικής και Κρήτης.

Στον μετατροπέα VSC στην πλευρά του πολύ ασθενούς δικτύου (Κρήτη), αφού παρουσιάζονται οι περιορισμοί που προκύπτουν κατά τη λειτουργία του συμβατικού διανυσματικού ελεγκτή ρεύματος, στη συνέχεια επιχειρείται η εφαρμογή του ελέγχου συγχρονισμού ισχύος. Τέλος, για την αξιολόγηση της ευσταθούς λειτουργίας του συστήματος, στο μοντέλο προσομοίωσης εξετάζονται διάφορα σενάρια τόσο υπό συνθήκες κανονικής λειτουργίας όσο και υπό συνθήκες σφάλματος και επ’ αυτών εξάγονται τα απαραίτητα συμπεράσματα.