Συμβολή Στη Βελτιστοποίηση Μεθοδολογιών Ελέγχου Συστημάτων Ηλεκτροπαραγωγής Από Ανανεώσιμες Πηγές Σε Συνδυασμό Με Αποθήκευση Ενέργειας

Abstract

Στην παρούσα εργασία μελετώνται τα συστήματα ανεμογεννητριών αρχικά σε απομονωμένη λειτουργία, στη συνέχεια σε διασυνδεδεμένη λειτουργία με ηλεκτρικό δίκτυο και τέλος ενταγμένα σε μικρούς υβριδικούς σταθμούς παραγωγής από ανανεώσιμες πηγές, οι οποίοι περιλαμβάνουν και συστήματα αποθήκευσης. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στις μεθοδολογίες ελέγχου ενώ παράλληλα αναπτύσσονται και συγκρίνονται εναλλακτικά δυναμικά μοντέλα αναπαράστασης των συνιστωσών των ανεμογεννητριών.Στα πλαίσια της εργασίας αναπτύχθηκε συζευγμένο μοντέλο αναπαράστασης της γεννήτριας μονίμων μαγνητών, το οποίο συνδυάζει δυναμικό ισοδύναμο κύκλωμα με πεδιακή ανάλυση βασισμένη στη μέθοδο πεπερασμένων στοιχείων. Το μοντέλο που αναπτύχθηκε επέτρεψε τη μελέτη ηλεκτρικών και μηχανικών φαινομένων ανώτερης τάξης με πολύ καλή ακρίβεια. Τα αποτελέσματα του μοντέλου χρησιμοποιήθηκαν για τη σχεδίαση κατάλληλου ελεγκτή, ο οποίος επέτρεψε την αντιμετώπιση προβλημάτων κυμάτωσης της ισχύος εξόδου σε περίπτωση εκκεντρότητας της γεννήτριας.Διερευνήθηκε η συμπεριφορά ελεγκτών για την ανεύρεση του σημείου λειτουργίας μέγιστης ισχύος της ανεμογεννήτριας (maximum power point tracking, MPPT). Στα πλαίσια αυτά σχεδιάστηκαν, υλοποιήθηκαν και αξιολογήθηκαν τέσσερις διαφορετικοί ελεγκτές MPPT ανεμογεννήτριας, συγκρίνοντας τα αποτελέσματά τους, τόσο σε επίπεδο προσομοίωσης όσο και σε πειραματική διάταξη, στις περιπτώσεις βηματικής μεταβολής της ταχύτητας και πραγματικής χρονοσειράς ανέμου. Η σύγκριση των ελεγκτών οδήγησε στην ανάδειξη συγκεκριμένων πλεονεκτημάτων και μειονεκτημάτων τους και σε πρόταση βελτιστοποίησης ελεγκτή ασαφούς λογικής μέσω κατάλληλης προσαρμογής των παραμέτρων εξόδου. Μελετήθηκε ακόμα, η διασυνδεδεμένη λειτουργία της ανεμογεννήτριας και αναπτύχθηκε ελεγκτής, ο οποίος επιτρέπει την επέκταση παραμονής στο δίκτυο της ανεμογεννήτριας σε περιπτώσεις σφαλμάτων και βυθίσεων της τάσης του δικτύου, σύμφωνα με τα διεθνή πρότυπα, επιτυγχάνοντας παράλληλα περιορισμό του ρεύματος στις περιπτώσεις αυτές.Τέλος αναλύθηκε η λειτουργία της ανεμογεννήτριας στα πλαίσια ενός αυτόνομου υβριδικού σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από Α.Π.Ε., ο οποίος συνδυάζει τεχνολογίες υδρογόνου για παραγωγή - αποθήκευση ενέργειας. Προτάθηκε νέα μεθοδολογία διαχείρισης των συνιστωσών, η οποία εξασφαλίζει την αδιάλειπτη παροχή ισχύος στο φορτίο, σε συνδυασμό με αυξημένη αξιοπιστία και απόδοση του συστήματος.