Προσομοίωση ενός μετατροπέα DC / AC με πηγή αποθήκευσης για λειτουργία ως σύγχρονη γεννήτρια

Abstract

Η αυξανόμενη συνειδητοποίηση των επιπτώσεων των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου στην παγκόσμια κλιματική αλλαγή έχει καταστήσει αναγκαία την επίτευξη ενός πιο περιβαλλοντικά και οικολογικά βιώσιμου ενεργειακού εφοδιασμού. Σε αυτό το πλαίσιο, φαίνεται πως οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ) αποτελούν σήμερα μονόδρομο για την ενεργειακή απεξάρτηση των χωρών από τα ορυκτά καύσιμα, την κάλυψη των αυξανόμενων ενεργειακών αναγκών, αλλά και την προστασία του περιβάλλοντος. Η ραγδαία τεχνολογική ανάπτυξη σε συνδυασμό με την σημαντική μείωση του κόστους έχει επιτρέψει την ενσωμάτωση χρήσης συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας σε διάφορες εφαρμογές στην καθημερινότητα. Τα οφέλη ως προς την εφαρμογή τους στο ηλεκτρικό δίκτυο, προκύπτουν από την αδιάλειπτη παροχή ενέργειας, καθώς και από την αυξημένη αξιοπιστία του συστήματος, ειδικά σε δίκτυα με μεγάλη διείσδυση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Ενδεικτικά εφαρμόζονται, ώστε να προστατεύσουν σε περίπτωση ολικής ή μερικής απώλειας του δικτύου, σύντομης ή παρατεταμένης υπέρτασης ή υπότασης, έντονων καιρικών φαινομένων καθώς και έντονης αρμονικής παραμόρφωσης. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται σε περιπτώσεις, όπου η παραγωγή ενέργειας δεν είναι διαθέσιμη καθ’ όλη την διάρκεια της ημέρας, ώστε να αποθηκεύσουν ενέργεια και στη συνέχεια, να την επιστρέψουν στο δίκτυο. Έχοντας υπόψη ότι τα ηλεκτρικά συστήματα βασίζονται μέχρι και σήμερα σε σύγχρονες γεννήτριες για να καθορίζουν την συχνότητα και την τάση, η μεγάλη διείσδυση των μη ελεγχόμενων ΑΠΕ ανατρέπει τον υπάρχοντα συμβατικό έλεγχό τους. Επομένως, παρατηρήθηκαν σημαντικές διαταραχές στα ηλεκτρικά συστήματα, όπως προβλήματα συχνότητας, τάσης, έλλειψης ικανότητας εξάλειψης σφαλμάτων, προβλήματα αδράνειας, κτλ. Ως αποτέλεσμα, οι Διαχειριστές του Συστήματος επέβαλαν όρια στην ανάπτυξη των ΑΠΕ. Η πτυχιακή προτείνει μια λύση σε αυτό το πρόβλημα με την τοποθέτηση συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας με ελεγχόμενο μετατροπέα που να προσομοιώνουν τη λειτουργία της σύγχρονης γεννήτριας. Επομένως, δεν απαιτείται κάποια αλλαγή στη, υπάρχουσα λειτουργία του ηλεκτρικού συστήματος. Τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης πραγματοποιήθηκαν σε κατάλληλο πρόγραμμα προσομοίωσης.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

The growing awareness of the impact of greenhouse gas emissions on global climate change has made it necessary to achieve a more environmentally and ecologically sustainable energy supply. In this context, it appears that renewable energy sources (RES) are nowadays a one-way street for the energy decoupling of countries from fossil fuels, for meeting growing energy needs and for protecting the environment. Rapid technological development combined with significant cost reductions have made it possible to integrate the use of energy storage systems into various applications in everyday life. The benefits in terms of their application to the electricity grid arise from the uninterrupted supply of energy, as well as from the increased reliability of the system, especially in grids with high RES penetration. Indicatively, they are applied to protect in case of total loss or partly loss of the grid, short or prolonged overvoltage or undervoltage, severe weather events and strong harmonic distortion. They are also used in cases where power generation is not available throughout the day to store energy and then return it to the grid. Taking into consideration that electrical systems rely until now on synchronous generators to determine frequency and voltage, the significant penetration of uncontrollable RES has changed dramatically the existing control. Therefore, significant disturbances have been observed in power systems, such as frequency, voltage, lack of fault clearing capability, inertia problems, etc. As a result, the System Operators imposed limits on the development of RES. This thesis proposes a solution to this problem by proposing the installation of energy storage systems with controllable converter, which emulates the operation of synchronous generators. Therefore, no change in the conventional operation of the electrical system is required. The results of this study are conducted in a proper simulation environment.