ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ ΜΙΚΡΗΣ ΙΣΧΥΟΣ

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη, τη μοντελοποίηση και την ανάλυση ενός ολοκληρωμένου αιολικού συστήματος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας βασισμένο σε σύγχρονη γεννήτρια μόνιμων μαγνητών. Στόχος της εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός αξιόπιστου και ευέλικτου συστήματος που μπορεί να λειτουργήσει τόσο συνδεδεμένο με το ηλεκτρικό δίκτυο όσο και σε αυτόνομη λειτουργία με μονάδα αποθήκευσης ενέργειας. Για την ανάπτυξη του μοντέλου και την εκτενή προσομοίωση της λειτουργίας του χρησιμοποιήθηκε το προηγμένο περιβάλλον Simulink/Matlab. Αρχικά παρουσιάζονται και αναλύονται οι αεροδυναμικές παράμετροι που διέπουν τη λειτουργία μιας ανεμογεννήτριας, όπως ο αεροδυναμικός συντελεστής ισχύος , ο λόγος ταχύτητας άκρων και η επίδραση της γωνίας πτερυγίων .Παρουσιάζεται η μοντελοποίηση της γεννήτριας και οι εξισώσεις που περιγράφουν τη σχέση μεταξύ ταχύτητας ανέμου και παραγόμενης μηχανικής ισχύος. Στη συνέχεια, αναλύονται όλα τα ηλεκτρονικά ισχύος που χρησιμοποιούνται στη διάταξη, συμπεριλαμβανομένων των ημιαγωγικών στοιχείων, των μετατροπέων , των ανορθωτικών διατάξεων και των τριφασικών αντιστροφέων. Παρουσιάζονται οι εξισώσεις σχεδίασης για τα παθητικά στοιχεία (πηνία, πυκνωτές) και η ανάλυση λειτουργίας σε συνεχή και ασυνεχή κατάσταση αγωγής. Ακολουθεί η λεπτομερής ανάλυση των μηχανισμών ελέγχου που εφαρμόζονται στους μετατροπείς ισχύος καθώς και η επίδραση των παραμέτρων των PI ελεγκτών και παρουσιάζονται μέθοδοι βελτιστοποίησης για την επίτευξη σταθερής και αποδοτικής λειτουργίας. Τέλος, παρουσιάζονται εκτενή αποτελέσματα προσομοιώσεων που αναδεικνύουν τη συμπεριφορά του συστήματος τόσο σε διασυνδεδεμένη λειτουργία με το δίκτυο όσο και σε αυτόνομη λειτουργία με μονάδα αποθήκευσης ενέργειας (μπαταρία λιθίου). Οι προσομοιώσεις εξετάζουν διάφορα σενάρια με σταθερή και μεταβαλλόμενη ταχύτητα ανέμου, καθώς και με μεταβλητό φορτίο, επιβεβαιώνοντας την ικανότητα του συστήματος να διατηρεί σταθερή ποιότητα ισχύος και να προσαρμόζεται δυναμικά στις μεταβαλλόμενες συνθήκες λειτουργίας