Στρατηγικές υλοποίησης εικονικής αδράνειας: Μοντελοποίηση και συγκριτική μελέτη grid-forming και grid-following μετατροπέων.

Abstract

Η αυξανόμενη διείσδυση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας έχει οδηγήσει σε νέες απαιτήσεις σε ό,τι αφορά τη δυνατότητα τους να στηρίζουν την συχνότητα του συστήματος. Οι μονάδες παραγωγής που συνδέονται στο δίκτυο μέσω ηλεκτρονικών ισχύος δεν προσφέρουν εγγενώς αδράνεια, όπως οι συμβατικοί σταθμοί, με αποτέλεσμα τη μείωση της συνολικής αδράνειας του συστήματος, καθιστώντας το ευάλωτο σε διαταραχές της συχνότητας. Για το λόγο αυτό έχουν αναπτυχθεί τεχνολογίες εικονικής αδράνειας, που αναπληρώνουν αυτό το έλλειμα αδράνειας που εισάγουν οι μετατροπείς. Η παρούσα εργασία μελετάει δύο προσεγγίσεις ελέγχου εικονικής αδράνειας, σε μετατροπείς grid-following και grid-forming. Τα δύο είδη μετατροπέων μοντελοποιούνται σε ένα κοινό σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας, αντικαθιστώντας μια από τις σύγχρονες γεννήτριες του συστήματος. Επιβάλλονται τρεις ξεχωριστές διαταραχές στο σύστημα: αύξηση του φορτίου, αποσύνδεση μιας γεννήτριας από το σύστημα και βραχυκύκλωμα σε ένα ζυγό. Μέσω της παρατήρησης των αποκρίσεων συχνότητας του συστήματος σε κάθε περίπτωση, συγκρίνεται η συμπεριφορά ενός grid-following μετατροπέα, με και χωρίς έλεγχο εικονικής αδράνειας, ενός grid-forming μετατροπέα και της αρχικής γεννήτριας του συστήματος. Η ανάλυση των αποτελεσμάτων αποκαλύπτει την γενική υπεροχή των grid-forming μετατροπέων ως προς τη συνεισφορά τους στην ευστάθεια συχνότητας των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Τα αποτελέσματα πάρθηκαν μετά από προσομοιώσεις σε μια τροποποίηση του IEEE 9-bus system που εφαρμόστηκαν στο λογισμικό DIgSILENT PowerFactory.