Μοντελοποίηση Αντιστροφέων Διεσπαρμένης Παραγωγής για την Μελέτη της Ευστάθειας Γρήγορων Αλληλεπιδράσεων Οδηγούμενης από Μετατροπείς σε Δίκτυα Διανομής

Abstract

Η ραγδαία αύξηση της θερμοκρασίας του πλανήτη τα τελευταία χρόνια, οδήγησε τις χώρες να αναπτύξουν νέους στρατηγικούς σχεδιασμούς προκειμένου να μειώσουν τις εκπομπές των αερίων του θερμοκηπίου και να διασφαλιστεί η ευημερία του πλανήτη. Βασικός πυλώνας επίτευξης του συγκεκριμένου στόχου είναι η αύξηση του ποσοστού της ηλεκτροπαραγωγής που προέρχεται από Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ). Η ευστάθεια των ηλεκτρικών δικτύων αποτελεί μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις προκειμένου να εξασφαλιστεί η αδιάκοπη παροχή ηλεκτρικής ενέργειας στους καταναλωτές. Σε ηλεκτρικά δίκτυα με σύγχρονες γεννήτριες, οι κατηγορίες ευστάθειας διακρίνονται σε ευστάθεια γωνίας, ευστάθεια συχνότητας και ευστάθεια τάσης. Με την μαζική διείσδυση των μετατροπέων ηλεκτρονικών ισχύος, οι οποίοι αποτελούν αναπόσπαστο κομμάτι των περισσότερων μονάδων ΑΠΕ και την εμφάνιση μη αναμενόμενων αρμονικών στις κυματομορφές των ρευμάτων και των τάσεων των δικτύων, εισήχθησαν δύο ακόμα κατηγορίες ευστάθειας : η ευστάθεια συντονισμού (resonance stability) και η ευστάθεια οδηγούμενη από μετατροπείς (converter driven stability). Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζεται η ευστάθεια γρήγορων αλληλεπιδράσεων οδηγούμενη από μετατροπείς. Αρχικά, αναπαρίσταται το διάγραμμα βαθμίδων ενός μονοφασικού αντιστροφέα συνδεδεμένου σε δίκτυο διανομής, το οποίο περιλαμβάνει: μετατροπέα πηγής τάσης (VSC), φίλτρο LCL και PR ελεγκτή (ο έλεγχος τάσης και ο έλεγχος PLL έχουν αγνοηθεί). Με την χρήση των θεωρημάτων Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου για πολλαπλές εισόδους και των νόμων Kirchhoff, υπολογίζεται το ισοδύναμο κύκλωμα Norton του αντιστροφέα. Έχοντας ολοκληρώσει τον ανωτέρω υπολογισμό, αναπαρίσταται δίκτυο διανομής στο οποίο συνδέονται δυο αντιστροφείς. Με την χρήση του θεωρήματος της επαλληλίας υπολογίζονται αναλυτικά οι σχέσεις που διέπουν τα ρεύματα εξόδου και γενικεύονται για δίκτυο ν- συνδεδεμένων αντιστροφέων. Στην συνέχεια, αναπτύσσονται τα κριτήρια Minor Loop Gain (MLG), Global Minor Loop Gain (GMLG), Global Admittance (GA), τα οποία έχουν προταθεί στην βιβλιογραφία για την ανάλυση της ευστάθειας γρήγορων αλληλεπιδράσεων οδηγούμενης από μετατροπείς. Τα κριτήρια εφαρμόζονται σε ένα σύστημα με δυο αντιστροφείς μέσω μοντελοποίησης στο MATLAB. Τα αποτελέσματα αναλύονται και σχολιάζονται. Προς διερεύνηση των παραμέτρων του συστήματος που δύνανται να επηρεάσουν το φαινόμενο διενεργούνται επιπλέον προσομοιώσεις στις οποίες μεταβάλλεται η αυτεπαγωγή του δικτύου, το αναλογικό κέρδος του ελεγκτή του αντιστροφέα καθώς και ο αριθμός των συνδεδεμένων αντιστροφέων σε δίκτυα διανομής. Πραγματοποιείται συγκριτική μελέτη μεταξύ των προτεινόμενων κριτηρίων για όλα τα εξεταζόμενα συστήματα. Τέλος, αναλύεται η τεχνική της Ενεργούς Απόσβεσης (Active Damping), με την οποία προστίθεται μια εικονική σύνθετη αντίσταση μέσα από την προσθήκη φίλτρου στον έλεγχο του αντιστροφέα. Η τεχνική εφαρμόστηκε σε συστήματα που είχαν κριθεί ασταθή και με επανάληψη των προσομοιώσεων φαίνεται πως μπορεί να επαναφέρει το σύστημα σε ευσταθή λειτουργία.