Μοντελοποίηση και Ανάλυση της Ευστάθειας Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας με Αντιστροφείς Πηγής Τάσης

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της ευστάθειας συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας όπου συνυπάρχουν δύο τουλάχιστον αντιστροφείς σε παράλληλη σύνδεση, τόσο σε θεωρητικό όσο και σε προσομοιωτικό επίπεδο. Αρχικά, έγινε αναφορά στην ανάγκη της ανθρωπότητας για καθαρή και ανανεώσιμη ενέργεια, που οδήγησε στην διείσδηση των ΑΠΕ στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Έπειτα, τονίστηκε η αυξανόμενη εμφάνιση των μικροδικτύων και των συστημάτων διεσπαρμένης παραγωγής τα τελευταία χρόνια και πως αυτό το φαινόμενο συνέβαλε στην αναπόφευκτη χρήση ηλεκτρονικών ισχύος, για την μετατροπή από ac σε dc ή αντίστροφα. Στα Κεφάλαια 2 και 3 αναπτύχθηκε η απαραίτητη θεωρία για τους ac-dc μετατροπείς πηγής τάσης και των αλγορίθμων ελέγχου τους, καθώς είναι απαραίτητη η γνώση της για την μελέτη συστημάτων όπου συνυπάρχουν πολλαπλά τέτοια κυκλώματα ηλεκτρονικών ισχύος. Δύο μέθοδοι ελέγχου αναλύθηκαν, ο έλεγχος ρεύματος και ο έλεγχος τάσης για τριφασικούς αντιστροφείς, αφού πρωτίστως είχε δοθεί μια εικόνα για την δομή και τον έλεγχο κλειστού βρόχου του μονοφασικού αντιστροφέα. Στη συνέχεια, στο Κεφάλαιο 4 έγινε διεξοδική ανάλυση της θεωρίας πίσω από το φαινόμενο της ευστάθειας σε μικροδίκτυα που περιλαμβάνουν ηλεκτρονικά ισχύος. Συγκεκριμένα, παρουσιάστηκαν τα διάφορα φαινόμενα και ταλαντώσεις που υφίστανται και σε ποια κλίμακα συχνοτήτων, αλλά και ποιοι παράγοντες των αντίστοιχων συστημάτων επηρεάζουν περισσότερο την εμφάνιση τους. Για την κατάλληλη αντιμετώπιση αυτού του ζητήματος, δόθηκαν διάφορα μοντέλα για τους αντιστροφείς και δύο μέθοδοι για την ανάλυση ευστάθειας, η μέθοδος των ιδιοτιμών με εξισώσεις χώρου κατάστασης και η μέθοδος των σύνθετων αντιστάσεων με συναρτήσεις μεταφοράς. Για την μελέτη της ευστάθειας στη παρούσα διπλωματική εργασία επιλέχθηκε η ανάλυση σύνθετων αντιστάσεων. Στο Κεφάλαιο 5 έγινε η μελέτη της μεθόδου σε αντιστροφείς με έλεγχο ρεύματος και τάσης, μεμονομένα, πρωτού γίνει κάτι αντίστοιχο για ένα μικροδίκτυο με δύο παράλληλους αντιστροφείς, όπου ο ένας ρυθμίζει την τάση του δικτύου και ο άλλος εκτελεί ρύθμιση ισχύος. Για να διαπιστωθεί η ορθότητα της μεθόδου, έγινε χρήση του Matlab, όπου υλοποιήθηκε ο αλγόριθμος που υπολογίζει τον λόγο αντιστάσεων για την μελέτη της ευστάθειας. Τέλος, στο Κεφάλαιο 6 πραγματοποιήθηκαν προσομοιώσεις στο περιβάλλον Simulink για ένα μικροδίκτυο που δομείται από την παράλληλη σύνδεση ενός αντιστροφεά ελέγχου ρεύματος που ακολουθεί το δίκτυο και ενός αντιστροφέα ελέγχου τάσης που ρυθμίζει την τάση και συχνότητα του δικτύου. Αρχικά διαπιστώθηκε η ορθή λειτουργία των αντιστροφέων, μεμονομένα, πριν γίνει η μελέτη της ευστάθειας στο συνδυαστικό κύκλωμα. Τα αποτελέσματα που έδωσε η προσομοίωση για τις διάφορες τιμές των κερδών των ελεγκτών των αντιστροφέων ανέδειξαν την επίδραση τους στην εμφάνιση φαινομένων παραμόρφωσης και προβλημάτων ευστάθειας στο συνδυαστικό δίκτυο. Με την σύγκριση τους με τα αντίστοιχα αποτελέσματα της θεωρητικής ανάλυσης, επαληθεύτηκε η ορθότητα του μοντέλου σύνθετων αντιστάσεων για την ανάλυση της ευστάθειας .