Συμβολή στον έλεγχο και στην προσομοίωση συστημάτων ισχύος χαμηλής τάσης με διεσπαρμένη παραγωγή
Authors: Σουλτάνης Νικόλαος 
Published: August 2021

Τα κίνητρα που ευνοούν την διεσπαρμένη παραγωγή ωθούν στην επέκταση της στο δίκτυο χαμηλής τάσης, για το οποίο προβλέπεται η σύνδεση πολυάριθμων πηγών μικρής δυναμικότητας με μεγάλη ποικιλία στα τεχνικά χαρακτηριστικά οι οποίες συνδέονται στην έξοδό τους με αντιστροφέα πηγής τάσης. Το σύνολο πηγών και φορτίων θα φαίνεται από το υπερκείμενο δίκτυο σαν μια ενιαία οντότητα, αποκαλούμενη και μικροδίκτυο, η οποία θα μπορεί σε περίπτωση προβλήματος στο υπερκείμενο δίκτυο να μεταβαίνει σε αυτόνομη κατάσταση λειτουργώντας σαν αυτορυθμιζόμενη νησίδα, γεγονός που συνεπάγεται αυξημένη αξιοπιστία στην παροχή των καταναλωτών και παράταση της διάρκειας της διεσπαρμένης παραγωγής. Η νησιδοποιημένη λειτουργία ουσιαστικά ανάγεται στον παραλληλισμό των αντιστροφέων πηγής τάσης των διεσπαρμένων μονάδων που έχουν δυνατότητα ελεγχόμενης παραγωγής. Για τον παραλληλισμό των αντιστροφέων χρησιμοποιώντας μόνο τοπικές μετρήσεις, η συχνότητα και το μέτρο της τάσης ελέγχονται στον καθένα αναλογικά κατά αντιστοιχία από την ενεργό και την άεργο ισχύ εξόδου. Λόγω απουσίας αδράνειας στο σχηματιζόμενο AC σύστημα, είναι απαραίτητη η εγκατάσταση συσσωρευτών. Η διατριβή εστιάζει στην απομονωμένη λειτουργία. Διερευνάται ο τοπικός έλεγχος των μονάδων μέσω των αντιστροφέων τους ώστε να εξασφαλίζεται η ευσταθής λειτουργία. Προτείνονται μέθοδοι ελέγχου ώστε οι τυπικές λειτουργίες του συστήματος, όπως η απόκριση σε μεταβολές του φορτίου ή της τοπικής παραγωγής, να πραγματοποιούνται ομαλά χωρίς να συνοδεύονται από ταλαντώσεις στις ροές ισχύος, γεγονός που μεταφράζεται σε ρύθμιση της τάσης και της συχνότητας. Ο αντιστροφέας στην έξοδο των μονάδων έχει συνέπεια εκτός από την λειτουργία και σε αυτή καθαυτή την μοντελοποίηση για την δυναμική ανάλυση του συστήματος. Για το λόγο αυτό η μεθοδολογία μεταβατικής ευστάθειας για ένα σύστημα με σύγχρονες μηχανές προσαρμόζεται για αυτόνομο σύστημα με αντιστροφείς πηγής τάσης λαμβάνοντας ταυτόχρονα υπόψη την ασυμμετρία του δικτύου χαμηλής τάσης. Έτσι είναι δυνατή η προσομοίωση της δυναμικής συμπεριφοράς του συστήματος, δοκιμάζοντας διάφορες στρατηγικές ελέγχου σε συνάρτηση με τα χαρακτηριστικά μεταβολής ισχύος εξόδου της κάθε πηγής. Η συμπεριφορά του συστήματος εξαρτάται από το μέτρο και την γωνία των συνθέτων αντιστάσεων που διασυνδέουν τους αντιστροφείς πηγής τάσης καθώς και από τις παραμέτρους ελέγχου κάθε αντιστροφέα που είναι οι αναλογικές σταθερές μεταβολής της συχνότητας και της τάσης των αντιστροφέων από τις ισχείς και η καθυστέρηση κατά την μεταβολή αυτή. Εξετάζονται λοιπόν οι παράγοντες που καθορίζουν τα όρια εντός των οποίων κινούνται οι παράμετροι του ελεγχόμενου συστήματος. Ο έλεγχος της συχνότητας με την ενεργό ισχύ δίνει την δυνατότητα να καθορίζεται η παραγωγή ενεργού ισχύος κάθε μονάδας μόνο από τις παραμέτρους του ελέγχου, ανεξάρτητα από την θέση στο δίκτυο. Μελετάται η επίπτωση που έχει στον έλεγχο ο λόγος αντίσταση προς αντίδραση των γραμμών του δικτύου και προτείνεται μέθοδος για την βελτίωση της απόδοσης του ελέγχου. Η ευστάθεια του συστήματος αναλύεται διεξοδικά θεωρώντας δύο παραλληλισμένους αντιστροφείς εφαρμόζοντας κλασικές μεθόδους της θεωρίας αυτομάτου ελέγχου. Λόγω της ταχείας απόκρισης του αντιστροφέα η δυναμική του δικτύου συμπεριλαμβάνεται στην ανάλυση. Προτείνεται συγκεκριμένη αντιστάθμιση για την βελτίωση της δυναμικής ευστάθειας έτσι ώστε οι προδιαγραφές που ορίζονται για την απόκριση του συστήματος να ικανοποιούνται για το εύρος των αναμενόμενων παραμέτρων του. Μεγάλο ποσοστό φορτίων στην χαμηλή τάση είναι μη γραμμικά, οπότε αν ο έλεγχος περιοριστεί στην βασική συχνότητα τότε η παραμόρφωση της τάσης μπορεί να αποβεί απαγορευτική για την αυτόνομη λειτουργία. Η προτεινόμενη μέθοδος χρησιμοποιεί έλεγχο της τάσης των ακροδεκτών σε κλειστό βρόχο και πρόσω τροφοδότηση του ρεύματος φορτίου σε κάθε αντιστροφέα πηγής τάσης και έτσι επιτυγχάνεται καλή ποιότητα τάσης και επιμερισμός των αρμονικών μεταξύ των αντιστροφέων ανάλογα με την δυναμικότητά τους. Ο έλεγχος γίνεται στο πεδίο του χρόνου χρησιμοποιώντας στιγμιαίες τιμές και έτσι οι αρμονικές αντιμετωπίζονται συνολικά. Η εφαρμογή του ελέγχου δοκιμάζεται με προσομοιώσεις σε πρόγραμμα ηλεκτρομαγνητικής προσομοίωσης.