Μελέτη μετατροπέα πηγής τάσης για διασύνδεση μικροπαραγωγών σε μικροδίκτυα, με δυνατότητα "σύνδεσης και λειτουργίας" και απόσβεση αρμονικών
Authors: Μπουλούμπασης Ιωάννης 
Published: September 2021

Η παρούσα διατριβή αφορά τη μελέτη ενός εργαστηριακού μετατροπέα πηγής τάσης για τη διασύνδεση μονάδων παραγωγής σε μικροδίκτυα, τη δυνατότητα της επίτευξης «σύνδεσης και λειτουργίας» και τη βελτίωση της ποιότητας ισχύος μέσω της απαλοιφής ανώτερων αρμονικών. Οι στόχοι της παρούσας διατριβής είναι:1.Η μελέτη και η ανάλυση της λειτουργίας του χρησιμοποιούμενου μετατροπέα πηγής τάσης.2.Η εφαρμογή του κατάλληλου ελέγχου οδήγησής του που θα προκαλέσει τη βελτίωση της ποιότητας ισχύος στην έξοδό του.3.Η ανάπτυξη μίας μεθοδολογίας απόσβεσης ανώτερων αρμονικών τάσης και ρεύματος και η επιβολή της στην παλμοδότηση του μετατροπέα.4.Η αξιοποίηση της ισχύος που παράγεται από Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας, όπως φωτοβολταϊκές συστοιχίες.5.Η διερεύνηση της ασφαλούς διασύνδεσης μικροπαραγωγών σε μικροδίκτυα και η επίτευξη δυνατότητας «σύνδεσης και λειτουργίας».6.Η ανάπτυξη μεθοδολογίας για την εξασφάλιση ευστάθειας μόνιμης κατάστασης του μελετώμενου συστήματος, ασχέτως της επαγωγικής ή ωμικής φύσης του δικτύου.7.Η ανάπτυξη μεθοδολογίας αξιολόγησης της εκάστοτε επιβαλλόμενης μεθόδου ελέγχου, μέσω δεικτών αξιολόγησης της απόζευξης ενεργού και άεργου ισχύος.Για την επίτευξη των παραπάνω στόχων αναλύεται αρχικά η λειτουργία του χρησιμοποιούμενου μετατροπέα που αποτελείται από έναν μετατροπέα ανύψωσης/υποβιβασμού συνεχούς τάσης συνδεδεμένου εν σειρά με έναν αντιστροφέα εναλλαγής πολικότητας.Στη συνέχεια μελετάται η δυνατότητα απαλοιφής ανώτερων αρμονικών μέσω της οδήγησης του χρησιμοποιούμενου μετατροπέα. Για αυτόν τον σκοπό αναπτύχθηκε μία μέθοδος απαλοιφής ανώτερων αρμονικών μέσω ενσωμάτωσης καθρεπτικών αρμονικών στην παλμοδότηση του μετατροπέα ανύψωσης/υποβιβασμού συνεχούς τάσης. Η μέθοδος αυτή εξηγείται αναλυτικά και παρουσιάζονται εξομοιωτικά και πειραματικά αποτελέσματα που αποδεικνύουν την καταλληλότητά της για εφαρμογές μικροδίκτυων. Αρχικά, γίνεται προσομοίωση ενός αρμονικά διαταραγμένου ασθενούς μικροδίκτυου, όπου μέσω της προτεινόμενης μεθόδου απαλείφονται ανώτερες αρμονικές τάσης. Εν συνεχεία παρουσιάζονται εξομοιωτικά και πειραματικά αποτελέσματα για την απαλοιφή αρμονικών ρεύματος σε ένα ισχυρό δίκτυο διανομής. Έπειτα, μελετήθηκε πειραματικά η δυνατότητα απαλοιφής αρμονικών τάσης σε απομονωμένο σύστημα με τροφοδοσία φωτοβολταϊκής συστοιχίας. Αποδεικνύεται ότι η χρησιμοποιούμενη μέθοδος είναι αποτελεσματική σε όλες τις περιπτώσεις αφού παρέχει τη δυνατότητα απαλοιφής τόσο αρμονικών τάσης όσο και αρμονικών ρεύματος, ανεξάρτητα από το αν μελετάται απομονωμένο ή διασυνδεδεμένο σύστημα. Η μελέτη της βελτίωσης της ποιότητας ισχύος τελειώνει με τη μελέτη της διασυνδεδεμένης λειτουργίας του μετατροπέα τροφοδοτούμενου από φωτοβολταϊκές συστοιχίες. Σε αυτήν την περίπτωση μελετάται η επίδραση της γωνίας έγχυσης ανώτερων αρμονικών τάσης στην παλμοδότηση του μετατροπέα ως προς την απόσβεση των ανώτερων αρμονικών του ρεύματος που ρέει στο δίκτυο. Αποδεικνύεται ότι σε κάθε περίπτωση υπάρχει μία γωνία έγχυσης ανώτερης αρμονικής τάσης που ελαχιστοποιεί την αρμονική παραμόρφωση του ρεύματος που ρέει στο δίκτυο.Στη συνέχεια μελετήθηκε η σύνδεση του μετατροπέα στο δίκτυο διανομής για να διαπιστωθεί η δυνατότητα του για τη διασύνδεση μικροπαραγωγών σε μικροδίκτυο και για την επίτευξη «σύνδεσης και λειτουργίας». Για να είναι δυνατή η σύνδεση και να διασφαλιστεί ο κατάλληλος έλεγχος του μετατροπέα σε δίκτυο με μη αμελητέα αντίσταση γραμμής αναπτύχθηκε μία τροποποιημένη μέθοδος εικονικής εμπέδησης. Έπειτα, παρουσιάζεται μία μεθοδολογία εύρεσης της εικονικής εμπέδησης που διασφαλίζει την ασφαλή σύνδεση και λειτουργία του μετατροπέα σε οποιοδήποτε δίκτυο και τη δυναμική ευστάθεια του συστήματος κατά τις συνεχείς μεταβολές που προκύπτουν λόγω του ελέγχου του μετατροπέα. Τέλος, προσδιορίστηκαν κατάλληλοι δείκτες αξιολόγησης του ελέγχου ως προς την απόζευξη ενεργού και άεργου ισχύος. Με αυτόν τον τρόπο είναι δυνατή η αξιολόγηση του εκάστοτε επιβαλλόμενου ελέγχου, ώστε να προσδιορίζεται επαρκώς η καταλληλότητα του για την κάθε εφαρμογή.