Επίδραση ηλεκτρονικών μετατροπέων στην ευστάθεια συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας

Abstract

Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η εξέταση των ορίων ευστάθειας που τίθενται από τους ηλεκτρονικούς μετατροπείς στο δίκτυο. Αρχικά, στο Κεφάλαιο 2 γίνεται μια θεωρητική ανάλυση σε ένα απλό σύστημα δύο ζυγών, στο οποίο ένας μετατροπέας συνδέεται με το ισοδύναμο Thevenin του δικτύου. Οι εσωτερικές δυναμικές των βρόχων ελέγχου του μετατροπέα αμελούνται, καθώς λαμβάνονται υπόψη μόνο οι περιορισμοί του δικτύου. Ιδιαίτερο βάρος δίνεται στη λειτουργία μηδενικής ενεργού ισχύος του μετατροπέα (STATCOM) και σε αυτή την περίπτωση γίνεται γεωμετρική διερεύνηση των ορίων ευστάθειας και των σημείων στα οποία παρουσιάζονται διακλαδώσεις. Στο Κεφάλαιο 3 χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα PSCAD της Manitoba Hydro International για την υλοποίηση ηλεκτρομαγνητικής προσομοίωσης ενός απλού συστήματος δύο ζυγών με φωτοβολταϊκό συνδεδεμένο σε ισοδύναμο Thevenin. Η προσομοίωση αυτή έχει ως στόχο την ικανοποίηση των κωδίκων δικτύου, δηλαδή τη λειτουργία αδιάλειπτης τροφοδοσίας κατά το σφάλμα (FRT), τη λειτουργία άεργης υποστήριξης και τη λειτουργία ρύθμισης συχνότητας. Στη συνέχεια στο Κεφάλαιο 4 γίνεται μελέτη της επίδρασης των μετατροπέων στην ευστάθεια ενός ισοδυνάμου συστήματος δοκιμών 5 ζυγών με AC και DC διασύνδεση. Πιο συγκεκριμένα, το δίκτυο διαχωρίζεται σε δύο υποσυστήματα, το εσωτερικό και το εξωετρικό. Το εσωτερικό σύστημα αποτελείται από 3 ζυγούς, τους 1, 2 και 3. Ο ζυγός 1 διαθέτει δύο Grid Forming μετατροπείς που συνιστούν το ένα άκρο της DC διασύνδεσης. Στο υπό μελέτη σύστημα η συμβατική ηλεκτροπαραγωγή στο εσωτερικό σύστημα αναπαρίσταται από μια ισοδύναμη σύγχρονη γεννήτρια και η παραγωγή ΑΠΕ από ένα ισοδύναμο Grid Following φωτοβολταϊκό, που βρίσκονται στο ζυγό 3. Μεταξύ των ζυγών 2 και 4 υπάρχει το AC καλώδιο και ανάντη του ζυγού 2, υπάρχει το ισοδύναμο Thevenin ενός μεγαλύτερου συστήματος. Στόχος είναι η εξέταση της ικανότητας μεταφοράς της απορριπτόμενης ισχύος δια μέσου του εσωτερικού δικτύου προς το ισοδύναμο Thevenin, σε περίπτωση απώλειας της εξαγόμενης ισχύος από τους Grid Forming μετατροπείς του ζυγού 1 σε κατάσταση πολύ μεγάλης παραγωγής από το εσωτερικό σύστημα. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε μια ευσταθή διαταραχή και στη συνέχεια εντοπίστηκε η κρίσιμη διαταραχή που οδηγεί το σύστημα σε κατάρρευση. Για την περιγραφή της αστάθειας εξετάστηκε η δυναμική των ηλεκτρονικών μετατροπέων και της σύγχρονης γεννήτριας του συστήματος και καταγράφηκαν οι αποκρίσεις τους. Η μελέτη της ευστάθειας του ισοδυνάμου συστήματος έγινε μέσω RMS προσομοίωσης στο πρόγραμμα PowerFactory της DIgSILENT, ένα εργαλείο που χρησιμοποιείται ευρέως για μελέτες συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Τέλος, έγινε εφαρμογή ενός δείκτη επιτήρησης της αστάθειας τάσης ως μέτρο αντιμετώπισης για την αποφυγή της κατάρρευσης του δικτύου.