Βελτίωση της ικανότητας αδιάλειπτης λειτουργίας Α/Γ με μετατροπείς ισχύος σε σφάλματα δικτύων διανομής μέσω της χρήσης υπερπυκνωτών
Authors: Γκαβανούδης Σπύρος 
Published: September 2021

Αντικείμενο μελέτης της παρούσας διατριβής αποτελεί η ανάπτυξη εξειδικευμένων διατάξεων, με χρήση συστημάτων αποθήκευσης με υπερπυκνωτές, για τη βελτίωση της ικανότητας αντοχής των Α/Γ σε σφάλματα του δικτύου. Συγκεκριμένα εξετάζονται δύο τύποι Α/Γ μεταβλητών στροφών: Οι επαγωγικές γεννήτριες διπλής τροφοδότησης με σύστημα μετατροπέων μερικής ισχύος στο δρομέα (Τύπος Γ) και οι γεννήτριες με σύστημα μετατροπέων πλήρους ισχύος στο στάτη (Τύπος Δ). Η διερεύνηση γίνεται αρχικά για τη διασυνδεδεμένη λειτουργία των Α/Γ σε ισχυρά δίκτυα, ενώ επεκτείνεται και στην τροφοδότηση μη διασυνδεδεμένων δικτύων από Α/Γ, αυτόνομα και σε συνεργασία με συμβατικές μονάδες παραγωγής.Στο πλαίσιο της διερεύνησης των Α/Γ τύπου Δ, παρουσιάζεται αρχικά η διασυνδεδεμένη λειτουργία τους με ένα ευρύτερο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. Εξετάζεται η χρήση συστήματος αποθήκευσης με υπερπυκνωτή, με στόχο τη βελτίωση της ικανότητας για αντοχή σε βυθίσεις της τάσης του δικτύου, αλλά και την απορρόφηση των διακυμάνσεων της παραγόμενης ισχύος. Αναπτύσσεται ένας αλγόριθμος, μέσω του οποίου βελτιώνεται η αξιοποίηση της διαθέσιμης αποθηκευτικής ικανότητας του υπερπυκνωτή, ώστε η λειτουργία εξομάλυνσης της ισχύος να μην περιορίζει την ικανότητα αντοχής των Α/Γ σε σφάλματα του δικτύου. Επιπλέον, εξάγεται μία αναλυτική σχέση υπολογισμού της χωρητικότητας του υπερπυκνωτή, συναρτήσει των απαιτήσεων για αδιάλειπτη λειτουργία και απορρόφηση διακυμάνσεων της ισχύος, σε συγκεκριμένο εύρος συχνοτήτων. Στη συνέχεια γίνεται διερεύνηση του προτεινόμενου συστήματος, κατά τη λειτουργία των Α/Γ τύπου Δ εντός ενός αυτόνομου δικτύου, σε συνεργασία με μία συμβατική σύγχρονη γεννήτρια. Αποδεικνύεται ότι η εξομάλυνση της ισχύος εξόδου των Α/Γ περιορίζει σημαντικά τη διακύμανση της συχνότητας του συστήματος.Κατόπιν εξετάζεται η τροφοδότηση μη διασυνδεδεμένων δικτύων από Α/Γ τύπου Γ. Για τη βελτίωση της ικανότητας αδιάλειπτης λειτουργίας των Α/Γ, προτείνεται η ενσωμάτωση ενός δυναμικού επανορθωτή της τάσης (Dynamic Voltage Restorer) και ενός συστήματος αποθήκευσης με υπερπυκνωτή. Το DVR προστατεύει τη γεννήτρια και διατηρεί ένα σταθερό τριφασικό σύστημα τάσεων στο στάτη, κατά τη διάρκεια των διαταραχών. Αρχικά εξετάζεται η περίπτωση όπου η Α/Γ λειτουργεί αυτόνομα και στη συνέχεια σε συνεργασία με μία συμβατική σύγχρονη γεννήτρια. Κατά την αυτόνομη κατάσταση, η ικανότητα του συστήματος για αδιάλειπτη λειτουργία διερευνάται σε συνθήκες συμμετρικών και ασύμμετρων βραχυκυκλωμάτων. Μέσω των στρατηγικών ελέγχου που αναπτύσσονται, ο μετατροπέας στην πλευρά του δικτύου αξιοποιείται, ώστε να συμβάλλει στην εκκαθάριση του σφάλματος, εκχέοντας αυξημένα ρεύματα στις φάσεις που εκδηλώνεται το βραχυκύκλωμα. Παράλληλα, στη διάρκεια ασύμμετρων σφαλμάτων, οι «υγιείς» φάσεις του δικτύου τροφοδοτούνται με υψηλής ποιότητας τάσεις. Στην περίπτωση της συνεργασίας με μία συμβατική σύγχρονη γεννήτρια, το σύστημα εξετάζεται και πάλι υπό ασύμμετρα βραχυκυκλώματα. Η στρατηγική ελέγχου που αναπτύσσεται, έχει ως στόχο την παροχή πρόσθετης στήριξης στη συχνότητα του συστήματος, αλλά και στις τάσεις των φάσεων που δεν εμπλέκονται στο σφάλμα. Τέλος παρουσιάζεται η ικανότητα ενός μικροδικτύου με Α/Γ τύπου Δ, για αδιάλειπτη λειτουργία κατά τη διάρκεια βυθίσεων της τάσης του κυρίως δικτύου. Η προτεινόμενη μεθοδολογία ελέγχου βασίζεται στη συνεργασία των μονάδων διανεμημένης παραγωγής του μικροδικτύου, με στόχο την αντιστάθμιση συμμετρικών και ασύμμετρων διαταραχών. Η εισαγωγή μιας διάταξης ελεγχόμενων αυτεπαγωγών στο σημείο κοινής σύνδεσης του μικροδικτύου με το κυρίως δίκτυο, επιτρέπει τη ρύθμιση της τάσης, μέσω του ελέγχου της αέργου ισχύος, που παράγουν οι πηγές. Ιδιαίτερα στην περίπτωση ασύμμετρων διαταραχών, οι μονάδες διανεμημένης παραγωγής συνεργάζονται για την εξάλειψη της ασσυμετρίας και την τροφοδότηση των φορτίων του μικροδικτύου με συμμετρικές τάσεις. Για τη διαχείριση της διαφοράς μηχανικής ισχύος από τον άνεμο και ηλεκτρικής ισχύος προς το δίκτυο, στη διάρκεια των διαταραχών, σε κάθε Α/Γ ενσωματώνεται ένα σύστημα αποθήκευσης με υπερπυκνωτή. Έτσι επιτυγχάνεται η αδιάλειπτη λειτουργία τόσο σε επίπεδο μεμονωμένων Α/Γ, όσο και σε επίπεδο μικροδικτύου συνολικά.