title: Σχεδιασμός και υλοποίηση ελεγκτή πραγματικού χρόνου για DC/AC μετατροπέα πολλαπλών εισόδων με δυνατότητα παροχής βοηθητικών υπηρεσιών στο ηλεκτρικό δίκτυο

title: Design and implementation of real-time controller for DC/AC multi-port power converter capable of providing ancillary services to the electrical grid
Creators: name: Δακαναλης Μιχαηλ
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2022

description: Τα τελευταία χρόνια, η ανάγκη για μεγαλύτερη αξιοποίηση των  ανανεώσιμων πηγών ενέργειας έχει ευνοήσει την ανάπτυξη της διεσπαρμένης παραγωγής (ΔΠ), μεταβάλλοντας τον τρόπο λειτουργίας των συστημάτων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Για την διασύνδεση των μονάδων ΔΠ με το ηλεκτρικό δίκτυο, απαιτούνται κατάλληλοι ηλεκτρονικοί μετατροπείς με στόχο την ρύθμιση της ποσότητας  και την βελτίωση της ποιότητας ισχύος, επιτυγχάνοντας την μέγιστη δυνατή απόδοση. Επιπλέον, λόγω της μεγάλης διείσδυσης των μονάδων ΔΠ, η ανάγκη για παροχή βοηθητικών υπηρεσιών καθώς και η ικανότητα αδιάληπτης λειτουργίας σε περιπτώσεις σφάλματος είναι επιτακτική. Στην εν λόγω μεταπτυχιακή εργασία παρουσιάζεται ο σχεδιασμός και η υλοποίηση ενός ελεγκτή πραγματικού χρόνου για έναν μετατροπέα πολλαπλών εισόδων με δυνατότητα διασύνδεσης με τοπικό φορτίο ή με το ηλεκτρικό δίκτυο. Ο μετατροπέας διαθέτει τέσσερις εισόδους εκ των οποίων οι τρείς υποστηρίζουν αμφίδρομη ροή. Πιο συγκεκριμένα, υποστηρίζει την σύνδεση μίας φωτοβολταϊκής συστοιχίας, μίας συστοιχίας υπερπυκνωτών, μίας συστοιχίας μπαταριών και ενός ηλεκτρικού οχήματος. Η μονάδα ελέγχου που σχεδιάστηκε έχει προσαρμοστεί σε δύο διαφορετικές τοπολογίες του συγκεκριμένου μετατροπέα ο οποίος στοχεύει στην μείωση του κόστους, της πολυπλοκότητας καθώς και των συνολικών απωλειών ισχύος. Επιπλέον, ο ελεγκτής υποστηρίζει ικανότητα αδιάληπτης λειτουργίας με ταυτόχρονη στήριξη τάσης, καθώς και στήριξη συχνότητας αξιοποιώντας με κατάλληλο τρόπο τις εισόδους του μετατροπέα. Η ορθή λειτουργία του ελεγκτή επιβεβαιώθηκε σε επίπεδο προσομοίωσης και εφαρμόστηκε σε μικροελεγκτή για την οδήγηση του πραγματικού κυκλώματος του μετατροπέα. Τέλος, για την σύνδεση του πραγματικού κυκλώματος με την μονάδα ελέγχου που εκτελείται στον μικροελεγκτή, σχεδιάστηκαν κατάλληλες τυπωμένες πλακέτες για τις διατάξεις μέτρησης των τάσεων και των ρευμάτων του μετατροπέα. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν, αποδεικνύουν την ορθή λειτουργία της μονάδας ελέγχου που σχεδιάστηκε, τόσο για την ρύθμιση των ροών ισχύος μεταξύ των τεσσάρων εισόδων και της εξόδου του μετατροπέα όσο και για την επίτευξη χαμηλής αρμονικής παραμόρφωσης.
description: In recent years, the need for greater utilization of renewable energy sources has favored the development of distributed generation (DG), altering how electricity production systems operate. In order to interconnect the DG units with the electrical network, appropriate electronic converters are required in order to regulate the quantity and improve the quality of power, achieving the maximum possible efficiency. Additionally, since DG units are so widely utilized, it is essential to provide ancillary services and support low voltage ride through capability. This master's thesis presents the design and implementation of a real-time controller for a multi-port converter capable of interfacing with a local load or the power grid. The converter has four inputs, three of which support bidirectional power flow. In particular, it permits the connection of a solar array, a supercapacitor bank, a battery bank and an electric vehicle. The designed control unit has been adapted to two different topologies of the converter which aims to reduce the cost, complexity as well as total power losses. Additionally, by properly utilizing the converter inputs, the controller enables frequency support and low voltage ride through capabilities. The correct operation of the controller was confirmed at simulation level and implemented in a microprocessor to operate the actual converter circuit. Finally, appropriate printed circuit boards were built for the voltage and current measurement of the converter in order to connect the real circuit with the control unit operating on the microprocessor. The obtained results show that the designed control unit operates properly, both for regulating power flows between the four inputs and the converter output and for producing low harmonic distortion.