Προσομοίωση σε πραγματικό χρόνο επιδράσεων διεσπαρμένης παραγωγής σε δίκτυα διανομής με χρήση ψηφιακών μοντέλων και πραγματικού εξοπλισμού
Authors: Κοτσαμπόπουλος Παναγιώτης 
Published: September 2021

Αντικείμενο της διδακτορικής διατριβής είναι η εφαρμογή της προσομοίωσης σε πραγματικό χρόνο σε μελέτες επίδρασης της Διεσπαρμένης Παραγωγής (ΔΠ) στα δίκτυα διανομής και ειδικότερα της μεθόδου Power Hardware in the Loop (PHIL), κατά την οποία πραγματικός εξοπλισμός ισχύος (π.χ. αντιστροφέας φωτοβολταϊκών) συνδέεται σε προσομοιωμένο σύστημα. Παρουσιάζεται η μέθοδος PHIL και εξηγείται ο πιθανός μελλοντικός της ρόλος στις εργαστηριακές δοκιμές και στη μελέτη φαινομένων στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας. Παρουσιάζεται το πρόβλημα της ευστάθειας της PHIL μεθόδου, οι βασικές μέθοδοι εκτίμησης και επίτευξης της ευστάθειας, καθώς και μέθοδοι εκτίμησης της ακρίβειας. Προτείνεται νέα μέθοδος επίτευξης ευστάθειας διατηρώντας καλή ακρίβεια, που επιτρέπει τη σύνδεση δοκιμίου μικρότερης ισχύος για την εκτίμηση της συμπεριφοράς του δοκιμίου πλήρους ισχύος. Αναλύονται θέματα ευστάθειας και γίνεται ποσοτικοποίηση της βελτίωσης της ακρίβειας από τη χρήση της μεθόδου. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται σύγχρονοι έλεγχοι παροχής επικουρικών υπηρεσιών από μονάδες ΔΠ, που αφορούν τη συνεισφορά στη ρύθμιση τάσης (cosφ(P) και Q(V) έλεγχος) και στη ρύθμιση συχνότητας (P(f) έλεγχος, εικονική αδράνεια) και εξηγείται το ζήτημα της ευστάθειας του Q(V) ελέγχου. Γίνεται ανασκόπηση διεθνών προτύπων/οδηγιών, συγκριτική ανάλυση και αναγνώριση ελλείψεων που αφορά τη ρύθμιση τάσης σε μόνιμη κατάσταση, τη συμπεριφορά σε μεταβατική κατάσταση και τη ρύθμιση συχνότητας. Προτείνονται προηγμένες διαδικασίες δοκιμών συμβατικού τύπου και PHIL δοκιμές για επικουρικές υπηρεσίες. Εν συνέχεια, παρουσιάζεται η ανάπτυξη της PHIL εργαστηριακής διάταξης στο εργαστήριο ΣΗΕ του ΕΜΠ, οι αλγόριθμοι προστασίας του πειράματος, ορίζεται διαδικασία, τοπολογία και δίκτυο αναφοράς για PHIL δοκιμές και περιγράφονται προκαταρκτικά PHIL πειράματα. Πραγματοποιούνται ψηφιακές προσομοιώσεις προβληματικής συνεργασίας τοπικού ελέγχου τάσης ΔΠ και Σύστηματος Αλλαγής Τάσης Υπό Φορτίο (ΣΑΤΥΦ). Εφαρμόζεται η προτεινόμενη μέθοδος επίτευξης ευστάθειας και ακρίβειας και πραγματοποιούνται PHIL δοκιμές συνεργασίας ΔΠ και ΣΑΤΥΦ, χρησιμοποιώντας αντιστροφέα μικρότερης κλίμακας και βγάζοντας συμπεράσματα για τον αντιστροφέα πλήρους ισχύος. Οι PHIL δοκιμές δείχνουν αλληλεπιδράσεις που δεν ήταν ορατές στις αμιγώς ψηφιακές προσομοιώσεις, φανερώνοντας τη χρησιμότητα της PHIL μεθόδου. Γίνεται επικύρωση μοντέλου ελεγκτή τάσης αντιστροφέα συγκρίνοντας τα αποτελέσματα των PHIL δοκιμών και των αμιγώς ψηφιακών προσομοιώσεων. Πραγματοποιούνται PHIL δοκιμές ρύθμισης συχνότητας, όπου εξετάζεται η επίδραση του στατισμού και της εικονικής αδράνειας. Έπειτα, η PHIL μέθοδος εφαρμόζεται σε εργαστηριακές ασκήσεις για την εκπαίδευση φοιτητών σε σημαντικά θέματα της λειτουργίας των σύγχρονων συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Αναπτύσσεται προηγμένη διπλή διάταξη PHIL, δημιουργώντας δύο πάγκους εργασίας, που επιτρέπει τη χρήση πραγματικού εξοπλισμού από τους φοιτητές σε μικρές ομάδες, σε συνδυασμό με βιωματική μάθηση. Οι εργαστηριακές ασκήσεις αξιολογήθηκαν σαφώς θετικά από τους φοιτητές. Τέλος, εξετάζονται προβλήματα ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών αντιστροφέων ΔΠ σε ηλεκτρονικούς μετρητές που μπορούν να οδηγήσουν σε εσφαλμένη καταγραφή της ενέργειας. Γίνεται λεπτομερής ανασκόπηση των προτύπων/οδηγιών, υπογραμμίζεται το κενό στο εύρος συχνοτήτων 2 kHz - 150 kHz και περιγράφονται οι πρόσφατες εξελίξεις στην τυποποίηση και οι υπολειπόμενες εργασίες. Παρουσιάζονται διατάξεις δοκιμών ατρωσίας και εκπομπών και πραγματοποιούνται δοκιμές ατρωσίας ηλεκτρονικών μετρητών και εκπομπών αντιστροφέων.