Μελέτη σύνδεσης και ελέγχου επαγωγικών μηχανών σε συστήματα ανεμαντλιών αυτόνομης λειτουργίας

Abstract

Το κομμάτι της ηλεκτροδότησης απομακρυσμένων ή αγροτικών περιοχών σε αναπτυσσόμενες χώρες αποτελεί ένα σημαντικό ζήτημα που δεν έχει επιλυθεί μέχρι σήμερα. Μια προσέγγιση για την λύση του προβλήματος αυτού αποτελεί η αυτόνομη λειτουργία μικρών ανεμογεννητριών (Small Wind Turbines - SWT) για την κάλυψη αναγκών μικρών κοινοτήτων. Το μικρό κόστος των SWT και η ευκολία κατασκευής τους από ντόπιους καθιστούν αυτή την ιδέα αρκετά ελκυστική. Μία από τις βασικότερες χρήσεις των SWT είναι η τροφοδότηση αντλιών για αποθήκευση νερού ή άρδευση. Ένα σύστημα ηλεκτρικής ανεμαντλίας (Wind Electric Pump System) αποτελείται από μια SWT, έναν μετατροπέα ισχύος και το σύστημα μηχανής-αντλίας. Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής είναι η βελτίωση της επίδοσης του συστήματος οδήγησης της ανεμαντλίας αξιοποιώντας τις δυνατότητες ενός μετατροπέα ισχύος. Στα συστήματα WEPS, χρησιμοποιούνται κυρίως τριφασικές επαγωγικές μηχανές, λόγω χαμηλού κόστους και υψηλής ανθεκτικότητας, και φυγοκεντρικές αντλίες. Ως εκ τούτου, στα επόμενα κεφάλαια αναλύονται οι κυριότερες τεχνικές ελέγχου των επαγωγικών μηχανών και η εφαρμοσιμότητά τους στα WEPS. Συνηθέστερη τεχνική ελέγχου για εφαρμογές WEPS είναι ο βαθμωτός έλεγχος V/f (scalar control) ανοιχτού βρόχου, μια τεχνική που είναι μεν εξαιρετικά απλή αλλά υστερεί αρκετά σε απόδοση. Για τον λόγο αυτό, εξετάζονται τρεις διαφορετικές τεχνικές ελέγχου με σκοπό την βελτίωση απόδοσης σε ένα σύστημα WEPS. Οι έλεγχοι που εξετάζονται είναι: μια βελτιωμένη εκδοχή του ελέγχου V/f, η τεχνική άμεσου διανυσματικού ελέγχου προσανατολισμένου πεδίου και η τεχνική του έμμεσου διανυσματικού ελέγχου προσανατολισμένου πεδίου. Η εξέταση των τεχνικών ελέγχου γίνεται με γνώμονα την συμπεριφορά του συστήματος σε οιονεί στατικές και δυναμικές καταστάσεις, την ευαισθησία του στις μεταβολές των παραμέτρων και την πολυπλοκότητά του. Τέλος, επιχειρείται η εφαρμογή των συστημάτων ελέγχου σε έναν μετατροπέα πηγής τάσης. Ο μετατροπέας αποτελεί κατασκευή του εργαστηρίου LAAS του Γαλλικού Κέντρου Έρευνας (CNRS), με σκοπό την εγκατάστασή του σε εφαρμογές αγροτικής/αυτόνομης ηλεκτροδότησης. Η εφαρμογή των συστημάτων ελέγχου έγινε στα πλαίσια συνεργασίας του εργαστηρίου LAAS, του οργανισμού Wind Empowerment και του Εργαστηρίου Συστημάτων Ενέργειας του ΕΜΠ.