Συμβολή Της Αιολικής Διείσδυσης Στην Ευστάθεια Των Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας

Abstract

Η διατριβή ασχολείται με την παράσταση των ανεμογεννητριών σε μελέτες ευστάθειας Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ) και με τη συμβολή τους στην ευστάθεια ΣΗΕ, κυρίως στη βραχυπρόθεσμη ευστάθεια τάσης και την ευστάθεια μικρών διαταραχών. Μεγαλύτερη έμφαση δίνεται στις ανεμογεννήτριες με Ασύγχρονη Γεννήτρια Διπλής Τροφοδότησης (ΑΓΔΤ), οι οποίες είναι σήμερα οι πιο διαδεδομένες. Αρκετά συμπεράσματα όμως αφορούν και στην άλλη κατηγορία ανεμογεννητριών μεταβλητών στροφών, με μετατροπέα πλήρους ισχύος.Στο πλαίσιο της διατριβής αναπτύχθηκαν μία σειρά από μοντέλα για ανεμογεννήτριες μεταβλητών στροφών, κατάλληλα για μελέτες ευστάθειας ΣΗΕ, με βάση και την πλούσια βιβλιογραφία των τελευταίων χρόνων (παράλληλη με την ανάπτυξη της αιολικής ενέργειας διεθνώς). Τα μοντέλα αναπτύχθηκαν σε περιβάλλον Matlab/Simulink και στο πλαίσιο του προγράμματος WHSSP του εργαστηρίου ΣΗΕ του ΕΜΠ για προσομοιώσεις ΣΗΕ. Καθώς τα μοντέλα αναπαριστούν τις ανεμογεννήτριες με διαφορετικά επίπεδα λεπτομέρειας, διερευνήθηκαν οι διάφορες παραδοχές που γίνονται στα μοντέλα και η επίδρασή τους στην ευστάθεια.Με τα μοντέλα αυτά εξετάζεται η αδιάλειπτη λειτουργία των ανεμογεννητριών σε βυθίσεις τάσης, μία βασική απαίτηση πλέον των διαχειριστών συστημάτων μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, προκειμένου να μπορεί να αυξάνεται η αιολική διείσδυση χωρίς να τίθεται σε κίνδυνο η δυναμική ασφάλεια των ΣΗΕ. Διερευνάται επίσης πώς μπορεί να αναπαρασταθεί με ικανοποιητική ακρίβεια η συμπεριφορά των ανεμογεννητριών στις μελέτες ευστάθειας κατά τη διάρκεια βυθίσεων της τάσης που προκαλούνται από μεγάλες διαταραχές.%Διερευνάται η αρχή λειτουργίας της ενεργού διαταξής βραχυκύκλωσης του δρομέα που χρησιμοποιείται από ορισμένους κατασκευαστές και εξετάζεται η αναπαράστασης της λειτουργίας αυτής της διάταξης σε μελέτες ευστάθειας ΣΗΕ. Επίσης εξετάζεται η συμπεριφορά σε βυθίσεις τάσης ενός γενικευμένου μοντέλου ανεμογεννητριών μεταβλητών στροφών.Στη συνέχεια, εξετάζεται η συμβολή αιολικών πάρκων με ανεμογεννήτριες μεταβλητών στροφών στη βραχυπρόθεσμη ευστάθεια τάσης. Μέσω προσομοιώσεων σε μικρά δοκιμαστικά συστήματα, αλλά και σε παραλλαγή του συστήματος της Ν. Εύβοιας, συμπεραίνεται ότι οι ανεμογεννήτριες μεταβλητών στροφών βελτιώνουν την ευστάθεια τάσης σε σχέση με τις ανεμογεννήτριες σταθερών στροφών με μηχανές επαγωγής. Η θετική επίδραση είναι πιο σημαντική όταν γίνεται πλήρης αξιοποίηση της δυνατότητάς τους για άεργη υποστήριξη.Μεγάλο μέρος της διατριβής αφορά στην ευστάθεια μικρών διαταραχών. Καταρχάς εξετάζεται η ευστάθεια μίας ανεμογεννήτριας με ΑΓΔΤ σε σύνδεση με άπειρο ζυγό. Αναλύεται η ευστάθεια ελέγχου των στροφών και προσδιορίζονται οι ρυθμοί απόκρισης που εισάγει στο ΣΗΕ η ΑΓΔΤ. Χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο με λεπτομερείς βρόχους ελέγχου με βάση δεδομένα συγκεκριμένου κατασκευαστή, διαπιστώνεται ότι μπορεί να εισάγεται σημαντική δυναμική από το βρόχο ελέγχου της αέργου ισχύος. Αναλύεται η ευστάθεια του συγκεκριμένου βρόχου και διατυπώνονται γενικοί κανόνες.Στη συνέχεια γίνεται ανάλυση της ευστάθειας μικρών διαταραχών ενός διασυνδεδεμένου ΣΗΕ με τοπική σύγχρονη γεννήτρια για διάφορες συνθήκες λειτουργίας και επίπεδα αιολικής διείσδυσης. Διαπιστώνεται ότι γενικά η επίδραση της αιολικής διείσδυσης είναι θετική, δηλαδή αυξάνεται η απόσβεση της διασυνδετικής ταλάντωσης. Για τις περιπτώσεις που εμφανίζονται αρνητικές αλληλεπιδράσεις προτείνεται ρύθμιση του βρόχου αέργου ισχύος. Γίνεται εφαρμογή στο Ελληνικό Διασυνδεδεμένο Σύστημα, όπου εξετάζεται η επίδραση υψηλής αιολικής διείσδυσης στην ευστάθεια μικρών διαταραχών, χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο με λεπτομερή αναπαράσταση των συστημάτων της ΝΑ Ευρώπης. Διαπιστώνεται μικρή θετική επίδραση στις διασυνδετικές ταλαντώσεις και γίνεται ρύθμιση του βρόχου αέργου ισχύος των ανεμογεννητριών για τη βελτίωση της ευστάθειάς του.Τέλος γίνεται εισαγωγή και ανάλυση ενός αιολικού σταθεροποιητή για αύξηση της απόσβεσης των ταλαντώσεων διασύνδεσης. Γίνεται σχεδίαση και εφαρμογή του αιολικού σταθεροποιητή σε δύο δοκιμαστικά συστήματα που εμφανίζουν μη αποσβενύμενες ταλαντώσεις και επιτύγχανεται η ικανοποιητική σταθεροποίησή τους.