ΥΒΡΙΔΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΠΑΡΑΓΩΓΗΣ

Transcript

1 ΥΒΡΙΔΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Κ. Χ. Καρασάββας Ηλεκτρολόγος Μηχανικός M.Sc. ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η καλή λειτουργία κάθε συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας προϋποθέτει τη συνεχή παροχή σχετικά σταθερής τάσης και ακόμη περισσότερο σταθερής συχνότητας στο δίκτυο, ανεξάρτητα των μεταβολών του φορτίου. Οι απαιτήσεις αυτές επιβάλλουν το διαρκή έλεγχο τέτοιων συστημάτων που περισσότερο αφορά τη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας. Οι μεταβολές στις παραγόμενες ισχύς ΔP και ΔQ πρέπει να παρακολουθούν κάθε χρονική στιγμή τις μεταβολές του φορτίου για να παραμένει το σύστημα όσον αφορά την τάση και τη συχνότητά του στην ονομαστική του κατάσταση. Λόγω όμως της δυναμικής συμπεριφοράς του φορτίου αυτό είναι αδύνατο να επιτευχθεί. Η καλύτερη εφικτή κατάσταση είναι η διατήρηση της λειτουργίας του συστήματος μέσα σε ανεκτά επίπεδα. Με τη βοήθεια αισθητηρίων συχνότητας και τάσης ανιχνεύονται οι αποκλίσεις των μεγεθών αυτών και προκύπτουν τα κατάλληλα σήματα ελέγχου για τη ρύθμισή τους στην ονομαστική τους τιμή. Τα παραπάνω μεγέθη προσδιορίζονται κυρίως από τις πηγές ισχύος στο δίκτυο που αποτελούνται βασικά από σύγχρονες γεννήτριες. Το αυτόνομο δίκτυο που εξετάζεται είναι ένα υβριδικό δίκτυο ηλεκτροπαραγωγής που αποτελείται κατά κύριο λόγο από δύο γεννήτριες ντίζελ, μια ανεμογεννήτρια και ένα φωτοβολταϊκό σύστημα. Για το μαθηματικό μέρος χρησιμοποιείται το υπολογιστικό πακέτο Matlab. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα Υβριδικά Συστήματα Ηλεκτροπαραγωγής (Υ.Σ.Η.) σχεδιάζονται για την παραγωγή και τη διαχείριση της Ηλεκτρικής Ισχύος. Είναι ανεξάρτητα από τα μεγάλα εθνικά δίκτυα και ενσωματώνουν πολλούς και διαφορετικούς τύπους πηγών ισχύος που συνίστανται κυρίως από Α.Π.Ε. αλλά και από µη Α.Π.Ε. Τα Υ.Σ.Η. εμπερικλείουν τουλάχιστον μια συμβατική γεννήτρια ντίζελ AC, ένα σύστημα διανομής, ένα διανεμημένο φορτίο AC, συσκευές αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας και κάποιες ανανεώσιμες πηγές ισχύος όπως ανεμογεννήτριες, φωτοβολταϊκά κ.α. Το μέγεθός τους από πλευράς ισχύος μπορεί να κυμαίνεται από πολλά MW όπως για παράδειγμα στα αυτόνομα δίκτυα απομονωμένων νησιών, μέχρι λίγα kw όπως στις περιπτώσεις απομονωμένων εξοχικών κατοικιών. Τα υβριδικά πάρκα συμβάλουν θετικά για μια εκτεταμένη χρήση των Α.Π.Ε. καθώς συνδυάζουν αιολική, ηλιακή και υδροηλεκτρική ενέργεια με τις συμβατικές μονάδες παραγωγής ρεύματος (ορυκτά καύσιμα ή πετρέλαιο) ώστε οι Α.Π.Ε. και οι παραδοσιακές να αλληλοσυμπληρώνονται, όταν τα στοιχεία της φύσης δε βοηθούν. Έτσι, τα υβριδικά έργα δίνουν τη δυνατότητα μεγαλύτερης αξιοποίησης των Α.Π.Ε. σε δίκτυα µε περιορισμένη δυνατότητα απορρόφησης ενέργειας από Α.Π.Ε. όπως τα µη διασυνδεδεµένα νησιά. Προκειμένου τα έργα αυτά να είναι οικονομικά πιο αποδοτικά, μπορεί να χρησιμοποιούν κατά τις ώρες βασικού φορτίου επιπλέον ηλεκτρική ενέργεια είτε από το δίκτυο είτε από συµβατικές πηγές ενέργειας ώστε να αποθηκεύεται ακόμη μεγαλύτερη ποσότητα ενέργειας, µε αποτέλεσμα να συνεισφέρουν περισσότερο σε ώρες αιχμής φορτίου κατά τις οποίες η ενέργεια είναι ακριβότερη. 1

2 2. ΠΟΙΟΤΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΩΝ Η καλή λειτουργία ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας (Σ.Η.Ε.) σε τοπικό αυτόνομο δίκτυο απαιτεί τη συνεχή παροχή σχετικά σταθερής τάσης και ακόμη περισσότερο σχετικά σταθερής συχνότητας ανεξάρτητα από τις μεταβολές του φορτίου. Τα ποιοτικά χαρακτηριστικά των δικτύων για την Ελληνική πραγματικότητα προσδιορίζονται από το Ευρωπαϊκό Πρότυπο ΕΝ50160 «Voltage characteristics of electricity supplied by public distribution systems» με το οποίο είναι απόλυτα εναρμονισμένη και η Δ.Ε.Η. Πιο συγκεκριμένα η Δ.Ε.Η. με την Οδηγία Διανομής 120 καθορίζει μεταξύ άλλων τα εξής: - Ως ονομαστική συχνότητα f n ορίζονται τα 50 Hz, ενώ η μέση τιμή της θεμελιώδους συχνότητας που μετράται σε διάστημα 10sec. θα πρέπει να κυμαίνεται μεταξύ των ακόλουθων ορίων: Α. Για διασυνδεδεμένα συστήματα: 50Hz ± 1% για το 99,5% του έτους 50Hz +4%/-6% για το 100% του έτους Β. Για μικρά συστήματα (π.χ. νησιωτικά): 50Hz ± 2% για το 95% της εβδομάδας 50Hz ± 15% για το 100% της εβδομάδας - Ως ονομαστική τάση V n για τη χαμηλή τάση και για τριφασικά συστήματα τεσσάρων αγωγών ορίζονται μεταξύ φάσης και ουδετέρου τα 230V. Υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας, με εξαίρεση τις περιπτώσεις διακοπών και σφαλμάτων, σε διάστημα μιας εβδομάδας το 95% των ανά 10λεπτο μέσων τιμών των ενεργών τιμών της τάσης πρέπει να βρίσκεται μεταξύ των ορίων ± 10%, ενώ για το ίδιο διάστημα όλες οι ανά δεκάλεπτο μέσες τιμές των ενεργών τιμών της τάσης θα πρέπει να βρίσκονται μεταξύ των ορίων +10%/-15%. Τα άμεσα προβλήματα ελέγχου που προκύπτουν και που θα εξεταστούν εδώ είναι ο έλεγχος τάσης και ο έλεγχος συχνότητας. Τα μεγέθη αυτά προσδιορίζονται από τις πηγές ισχύος στο δίκτυο που αποτελούνται βασικά από σύγχρονες γεννήτριες. 3. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΣΥΝΟΛΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Η μελέτη αυτή μοντελοποιεί με μαθηματικό τρόπο και προσομοιώνει τη λειτουργία ενός υβριδικού δικτύου ηλεκτροπαραγωγής, όπως αυτά που είναι εγκατεστημένα σε πολλά απομακρυσμένα νησιά της Ελλάδας. Οι ονομαστική ισχύς τόσο των πηγών ισχύος όσο και των φορτίων επιλέγεται τυχαία αλλά πάντα με προσπάθεια να είναι ρεαλιστική και να ανταποκρίνεται στην Ελληνική πραγματικότητα. Μοντελοποιούνται τυποποιημένες μηχανές όπως αυτές διατίθενται σήμερα στην Ελληνική αγορά. Υπολογίζονται οι μεταβολές της τάσης στο ζυγό του φορτίου και της συχνότητας του δικτύου για διάφορα μεταβατικά φαινόμενα. Τα αποτελέσματα από τους υπολογισμούς που γίνονται, ισχύουν μόνο για το δίκτυο αυτό. Τα συμπεράσματα όμως που προκύπτουν από τα αποτελέσματα αυτά, είναι χρήσιμα και για άλλες παρόμοιες περιπτώσεις. Επιπλέον, το μοντέλο του υβριδικού δικτύου που εξετάζεται, μπορεί να αποτελέσει ένα εργαλείο για την επίλυση και άλλων συγκεκριμένων περιπτώσεων αυτόνομων δικτύων, αρκεί βέβαια να προσαρμοστούν τα δεδομένα του σε αυτά που ισχύουν στο εκάστοτε προς επίλυση δίκτυο. Η ενεργός ισχύς που διανέμεται από το αυτόνομο δίκτυο AC στην κατανάλωση για την εξεταζόμενη περίπτωση (Σχ. 1), παρέχεται σε αυτό από δύο γεννήτριες ντίζελ, μια ανεμογεννήτρια και ένα φωτοβολταϊκό σύστημα, ενώ με τη διασύνδεση ενός σύγχρονου 2

3 πυκνωτή στο ζυγό του φορτίου επιτυγχάνεται η παροχή της απαιτούμενης αέργου ισχύος στο δίκτυο. Εκτός από τις πηγές ισχύος και το φορτίο, το δίκτυο περιλαμβάνει ακόμη ένα σύστημα μεταφοράς ισχύος που αποτελείται από τους μετασχηματιστές ανύψωσης και υποβιβασμού της τάσης καθώς και τις γραμμές μεταφοράς Χ.Τ και Μ.Τ. Με τη χρήση του συστήματος αυτού η ισχύς μεταφέρεται σε μεγαλύτερα επίπεδα τάσης, γεγονός που μειώνει το ρεύμα των γραμμών μεταφοράς και άρα και τις θερμικές απώλειες σε αυτές. 400 V, 50 Hz 20 kv, 50 Hz 20 kv, 50 Hz 400 V, 50 Hz Ντίζελ ΣΓ1 Γραμμή Μεταφοράς Γραμμή Μεταφοράς ΑΓ Έλεγχος V,ω 300 kva 400 V, 50 Hz 50 Hp 400 V, 50 Hz Ντίζελ ΣΓ2 Γραμμή Μεταφοράς Έλεγχος V,ω 170 kva Σύγχρονος Πυκνωτής Ντίζελ ΣΠ Φ/Β Ρυθμιστής Φόρτισης DC DC Συσσωρευτές + - Αντιστροφέας DC AC Έλεγχος V,f 30 kva Έλεγχος V 300 kva 400 kw 100 kvar Κύριο Φορτίο Σχ. 1. Τοπολογία του υβριδικού δικτύου ηλεκτροπαραγωγής Η μορφή του δικτύου είναι ακτινική και αντιπροσωπεύει τη μεγάλη πλειονότητα των ηλεκτρικών δικτύων των Ελληνικών νησιών. Είναι η αρχιτεκτονική του δικτύου AC διάσπαρτης μορφής όπου οι πηγές και τα φορτία είναι διάσπαρτα σε μια ευρύτερη περιοχή και συνδέονται με το δίκτυο με κατάλληλους ζυγούς AC. Οι δύο σύγχρονες γεννήτριες (ΣΓ) που περιστρέφονται από τους κινητήρες ντίζελ είναι μηχανές με τρία ζεύγη έκτυπων πόλων και ονομαστική ισχύ 300kVA και 170kVA αντίστοιχα (400V/50Hz). Η ασύγχρονη γεννήτρια (ΑΓ) της ανεμογεννήτριας (Α/Γ) είναι μια επαγωγική μηχανή κλωβού με δύο ζεύγη πόλων και έχει ονομαστική ισχύ 50Hp (400V/50Hz). Στην έξοδο των δύο ΣΓ αλλά και της ΑΓ συνδέονται Μ/Σ ανύψωσης τάσης 400V/20kV συνδεσμολογίας Δ/Υ. Στο δευτερεύον των μετασχηματιστών συνδέονται οι γραμμές μεταφοράς Μ.Τ. οι οποίες παραλληλίζονται σε κοινό ζυγό 20kV. Κατάλληλη γραμμή μεταφοράς Μ.Τ. που συνδέεται με το ζυγό 20KV, μεταφέρει την ισχύ που παράγεται από το σύστημα ΣΓ - ΑΓ στο φορτίο, όπου η τάση μετασχηματίζεται και πάλι στα 400V με κατάλληλο μετασχηματιστή υποβιβασμού 20kV/400V. Η έξοδος του Μ/Σ υποβιβασμού συνδέεται στο ζυγό 400V του φορτίου. Στον ίδιο κοινό ζυγό των 400V, εκτός από το φορτίο συνδέονται η ηλιογεννήτρια και ο σύγχρονος πυκνωτής. 3

4 Για το μοντέλο του δικτύου που εξετάζεται, θεωρείται το σύστημα μιας πηγής τάσης 1000V dc και ενός αντιστροφέα. Η πηγή συνεχούς τάσης, που υποκαθιστά την ηλιογεννήτρια (φωτοβολταϊκός συλλέκτης - ρυθμιστής φόρτισης συσσωρευτές), παρέχει την κατάλληλη τάση dc στην είσοδο του αντιστροφέα για τη λειτουργία των ηλεκτρονικών ισχύος του. Στη συγκεκριμένη περίπτωση ο αντιστροφέας είναι μια τριφασική γέφυρα με έξι διακόπτες ισχύος, της οποία τα ηλεκτρονικά στοιχεία αποτελούνται από IGBTs και αντιπαράλληλα συνδεδεμένες διόδους ελεύθερης διέλευσης. Σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά των ηλεκτρονικών ισχύος που επιλέχθηκαν, προκύπτει ότι ο αντιστροφέας μπορεί να αποδίδει στο δίκτυο ενεργό ισχύ έως και 25kW χωρίς πρόβλημα. Ο σύγχρονος πυκνωτής (ΣΠ) είναι μια στρεφόμενη μηχανή της οποίας το έργο είναι παράλληλα με τη ρύθμιση της τάσης στην έξοδό του, να αποδίδει άεργο ισχύ στο δίκτυο ενός συστήματος ισχύος AC. Τυπική περίπτωση ΣΠ είναι μια σύγχρονη μηχανή η οποία συνδέεται ηλεκτρικά με το δίκτυο αλλά δεν συνδέεται με μηχανικό φορτίο. Η ρύθμιση της αέργου ισχύος που αποδίδει ο ΣΠ στο δίκτυο επιτυγχάνεται μέσω του ρυθμιστή τάσης του. Στο μοντέλο δικτύου που εξετάζεται ο ΣΠ είναι πανομοιότυπος με τη ΣΓ των 300kVA που συνδέεται στο δίκτυο, από την οποία βέβαια έχει αφαιρεθεί ο ελεγκτής στροφών της ενώ παράλληλα εφαρμόζεται μηδενική μηχανική ροπή στον άξονά της. Στην εξεταζόμενη περίπτωση το φορτίο του δικτύου για το οποίο γίνονται οι υπολογισμοί είναι ένα σύνθετο φορτίο 400kW, 100kVAR. 4. ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΙΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Στα τοπικά αυτόνομα δίκτυα οι διάφορες μεταβολές που συμβαίνουν είναι ιδιαίτερα κρίσιμες αφού τα δίκτυα αυτά θα πρέπει να αντιμετωπίσουν τα μεταβατικά φαινόμενα χωρίς την υποστήριξη του άπειρου ζυγού ο οποίος εξασφαλίζει μεγαλύτερη σταθερότητα και αδράνεια στο σύστημα. Η αύξηση της ισχύος του φορτίου του δικτύου για παράδειγμα προκαλεί στιγμιαία επιβράδυνση της ταχύτητας περιστροφής των ΣΓ, άρα και πτώση της συχνότητας στο δίκτυο, αλλά ταυτόχρονα και πτώση τάσης σε αυτό. Στόχος των προσομοιώσεων που εξετάζονται είναι να δειχθεί ότι με τους κατάλληλους ρυθμιστές τάσης και συχνότητας σε ότι αφορά τις ΣΓ, επιτυγχάνεται η διατήρηση των εν λόγω μεγεθών μέσα στα επιθυμητά όρια όπως αυτά επιβάλλονται από τις ισχύουσες διατάξεις. Ακόμη θα δειχθεί ότι με την επενέργεια των παραπάνω ρυθμιστών το δίκτυο επανέρχεται μετά την πάροδο των μεταβατικών φαινομένων στις ονομαστικές του τιμές όσον αφορά τα μεγέθη αυτά. Τα μεταβατικά φαινόμενα που εξετάζονται είναι τα εξής: α. Βηματική αύξηση του φορτίου στο δίκτυο. β. Απότομη αποσύνδεση της ανεμογεννήτριας. Το πρώτο βήμα είναι να οριστούν οι αρχικές συνθήκες με βάση τις οποίες γίνεται η επίλυση του δικτύου. Παρακάτω παρατίθενται οι κυριότερες από τις αρχικές συνθήκες του δικτύου. Αρχικές συνθήκες: Ζυγός φορτίου: Τάση 400V, Συχνότητα 50Hz, Cos(φ) Γεννήτρια ντίζελ 300kVA: Ενεργός Ισχύς 222kW, Άεργος Ισχύς -52kVAR Γεννήτρια ντίζελ 170kVA: Ενεργός Ισχύς 141kW, Άεργος Ισχύς -29kVAR Ανεμογεννήτρια 50Hp: Ενεργός Ισχύς 25.5kW, Άεργος Ισχύς -17kVAR Φωτοβολταϊκό σύστημα: Ενεργός Ισχύς 24.2kW, Άεργος Ισχύς -6.5kVAR Σύγχρονος πυκνωτής 300kVA: Ενεργός Ισχύς 0kW, Άεργος Ισχύς 242kVAR Φορτίο: Ενεργός Ισχύς 400kW, Άεργος Ισχύς 100kVAR 4

5 Α. Απότομη αύξηση φορτίου Εξετάζονται οι μεταβολές της τάσης του φορτίου και της συχνότητας του δικτύου σε μια απότομη αύξηση του φορτίου κατά τη χρονική στιγμή t=1sec. Μελετώνται και συγκρίνονται δύο διαφορετικά μεταβατικά φαινόμενα με βηματική αύξηση κατά 10% και 20% τόσο της ενεργού όσο και της αέργου ισχύος του φορτίου, που θεωρούνται ότι είναι από τις χαρακτηριστικές περιπτώσεις απότομης αύξησης ισχύος του φορτίου σε ένα πρακτικό δίκτυο. Σχ. 2 Ενεργός ισχύς P του φορτίου Σχ. 3 Άεργος ισχύς Q του φορτίου Σχ. 4 Συχνότητα f του δικτύου Σχ. 5 Ενεργός τιμή της τάσης V του φορτίου 5

6 Η απότομη αύξηση της ενεργού ισχύος του φορτίου (Σχ. 2), στιγμιαία μπορεί να καλυφθεί μόνο από την κινητική ενέργεια του δρομέα των δύο ΣΓ προκαλώντας έτσι τη μείωση των στροφών τους. Για μεγαλύτερη αύξηση της ενεργού ισχύος του φορτίου η μείωση των στροφών είναι επίσης μεγαλύτερη, όπως άλλωστε αναμενόταν. Στη συνέχεια και με μια χρονική καθυστέρηση, επενεργούν οι ρυθμιστές συχνότητας για να αυξήσουν την κατανάλωση καυσίμου και άρα και την ενεργό ισχύ που αποδίδουν οι ΣΓ, ώστε να καλυφθεί το επιπλέον φορτίο. Η επενέργεια των ρυθμιστών στροφών έχει σαν αποτέλεσμα τη σταδιακή μείωση της πτώσης της ταχύτητας περιστροφής των ΣΓ, μέχρι αυτές να αποκτήσουν και πάλι την ονομαστική τους τιμή και το δίκτυο να ισορροπήσει στην ονομαστική του συχνότητα (Σχ. 4). Αυτό βέβαια γίνεται με την κατάλληλη ρύθμιση της μηχανικής ισχύος στον άξονα των ΣΓ, κάτι που μεταφράζεται άμεσα σε ρύθμιση της παροχής καυσίμου στους κινητήρες ντίζελ. Η αύξηση της ισχύος του φορτίου, όσον αφορά την άεργο (Σχ. 3) αλλά και την ενεργό ισχύ του, προκαλεί αύξηση του ρεύματος στο δίκτυο μεταφοράς και κατά συνέπεια αύξηση του ρεύματος στο στάτη των δύο ΣΓ και άρα πτώση της τιμής της τάσης στην έξοδό τους. Για την αποκατάσταση της τιμής της τάσης στο δίκτυο (Σχ. 5), επεμβαίνουν οι έλεγχοι τάσης τόσο των ΣΓ όσο και του ΣΠ, (ο έλεγχος τάσης του οποίου επεμβαίνει κατευθείαν στο ζυγό του φορτίου), ρυθμίζοντας την τάση διέγερσής τους ώστε να επιτύχουν ονομαστική τιμή της τάσης στους ακροδέκτες τους. Β. Απότομη αποσύνδεση ανεμογεννήτριας Σε απότομες αυξήσεις της ισχύος του ανέμου, η Α/Γ αποσυνδέεται από το δίκτυο για λόγους προστασίας από υπερβολική επιτάχυνση. Η βεβιασμένη έξοδος μιας Α/Γ από το δίκτυο δημιουργεί επιπλέον φόρτιση των ΣΓ επηρεάζοντας έτσι την τάση και τη συχνότητά τους. Υπολογίζεται η μεταβατική συμπεριφορά της τάσης στο φορτίο και της συχνότητας του δικτύου στην πρώτη περίπτωση για τη βίαιη αποσύνδεση της Α/Γ και στη δεύτερη περίπτωση για τη μείωση της ροπής κατά 50% στον άξονά της, τη χρονική στιγμή t=1sec. Σχ. 6 Ενεργός ισχύς P της Α/Γ Σχ. 7 Άεργος ισχύς Q της Α/Γ 6

7 Σχ. 8 Συχνότητα f του δικτύου Σχ. 9 Ενεργός τιμή της τάσης V του φορτίου Στο Σχ. 6 φαίνεται η ενεργός ισχύς που αποδίδει η Α/Γ μετά από το μεταβατικό φαινόμενο. Στην περίπτωση της απότομης αποσύνδεσης της Α/Γ η ισχύς αυτή μηδενίζεται. Στην περίπτωση της μείωσης της ροπής στον άξονά της κατά 50%, η ισχύς αυτή επίσης μειώνεται περίπου 50%. Είναι γνωστό ότι η Α/Γ κατά τη λειτουργία της παράγει ενεργό ισχύ (και καλύπτει έτσι ένα μέρος της ενεργού ισχύος που καταναλώνει το φορτίο), ενώ παράλληλα καταναλώνει άεργο ισχύ. Με την αποσύνδεση της Α/Γ από το δίκτυο οι δύο ΣΓ αναγκάζονται να καλύψουν το μέρος του φορτίου που μέχρι τη στιγμή εκείνη καλυπτόταν από αυτήν. Η επιπλέον ενεργός ισχύς που απαιτείται καλύπτεται στιγμιαία από την κινητική ενέργεια των αξόνων τους με αποτέλεσμα να επιβραδύνονται. Η πτώση της ταχύτητας περιστροφής των αξόνων τους και άρα και της συχνότητας του δικτύου (Σχ. 8), εξαρτάται από το μέγεθος της απότομης αύξησης της ενεργού ισχύος που καλούνται να καλύψουν. Η μεγαλύτερη αύξηση όπως είναι φυσικό αντιστοιχεί στην περίπτωση της βίαιης αποσύνδεσης γι αυτό και στην περίπτωση αυτή η πτώση των στροφών των δύο ΣΓ είναι μεγαλύτερη. Με την επενέργεια του ρυθμιστή συχνότητας των δύο ΣΓ, η συχνότητα του δικτύου αποκαθίσταται στην ονομαστική της τιμή. Αυτό βέβαια γίνεται με την κατάλληλη ρύθμιση της μηχανικής ισχύος που εφαρμόζεται στον άξονά τους, κάτι που μεταφράζεται άμεσα σε ρύθμιση της παροχής καυσίμου στους κινητήρες ντίζελ. Με την αύξηση της κατανάλωσης καυσίμου οι ΣΓ αποδίδουν περισσότερη ενεργό ισχύ και καλύπτουν έτσι την ενεργό ισχύ που απέδιδε στο δίκτυο η Α/Γ μέχρι τη στιγμή της αποσύνδεσής της από αυτό. Στο Σχ. 7 φαίνεται η μεταβολή στην άεργο ισχύ της Α/Γ. Παρατηρείται ότι η άεργος ισχύς στην περίπτωση της απότομης αποσύνδεσης της Α/Γ μειώνεται όπως είναι φυσικό στο μηδέν ενώ στην περίπτωση της μείωσης της ροπής στον άξονά της κατά 50% παρατηρείται μικρή μείωση της αέργου ισχύος (κατά απόλυτη τιμή). Η Α/Γ κατά τη λειτουργία της παράγει ενεργό ισχύ και καταναλώνει άεργο ισχύ. Επομένως η αποσύνδεση της Α/Γ από το δίκτυο ή η μείωση της ροπής στον άξονά της, προκαλεί αύξηση της ενεργού και μείωση της αέργου συνιστώσας του ρεύματος των ΣΓ. 7

8 Στις δύο περιπτώσεις που εξετάζονται η αύξηση της ενεργού συνιστώσας του ρεύματος των ΣΓ είναι μεγαλύτερη από τη μείωση της αέργου, γεγονός που προκαλεί αύξηση του ρεύματος στο στάτη τους και άρα πτώση τάσης στην έξοδό τους. Για την αποκατάσταση της τιμής της τάσης στο δίκτυο στην ονομαστική της τιμή (Σχ. 9), επεμβαίνουν οι έλεγχοι τάσης τόσο των ΣΓ όσο και του ΣΠ. 4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Με τη μελέτη αυτή γίνεται φανερό ότι ακόμη και με την απουσία του άπειρου ζυγού είναι εφικτό με τους κατάλληλους ρυθμιστές τάσης και συχνότητας να επιτευχθεί η διατήρηση των μεγεθών αυτών μέσα στα επιθυμητά όρια στους ζυγούς ενός Υ.Σ.Η, εξασφαλίζοντας έτσι την καλή λειτουργία του. Το μοντέλο του δικτύου που εξετάστηκε μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να διερευνηθεί η συμπεριφορά του και σε άλλα μεταβατικά φαινόμενα που οφείλονται για παράδειγμα σε βλάβες στους ελέγχους των πηγών ισχύος, σε βραχυκύκλωμα στο δίκτυο κ.λ.π. Ακόμη είναι δυνατό να διερευνηθεί η ικανότητα διείσδυσης των Α.Π.Ε. σε αυτό. Ποιο συγκεκριμένα, για παράδειγμα μπορεί να ερευνηθεί ποια είναι η μέγιστη από απόψεως ισχύος Α/Γ ή ηλιογεννήτρια που θα μπορούσε να συνδεθεί στο συγκεκριμένο Υ.Σ.Η. χωρίς να προκαλέσει μεγάλες διακυμάνσεις συχνότητας και τάσης στο υπόλοιπο δίκτυο ακόμη και με την απότομη αποσύνδεσή της, συνεισφέροντας κατ αυτόν τον τρόπο στη βελτιστοποίηση της απόδοσης του Υ.Σ.Η και κατά συνέπεια στην περαιτέρω προστασία του περιβάλλοντος. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. D. P. Papadopoulos, L. B. Amanatidis: Frequency deviations of steam turbogenerator in isolated operation with representative governor and turbine models, Proccedings of ICEM 84, Lansanne, Switzerland, Sept , Z. Chen: Grid power quality with variable speed wind turbines, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 16, No. 2, June Chernmangot V. Nayar, Mochamad Ashari, W. W. L. Keerthipala: A grid-interactive photovoltaic uninterruptible power supply system using battery storage and a back up diesel generator, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 15, No. 3, March J. T. Bialasiewicz, E. Muljadi, S. Drouilhet, G. Nix: Modular simulation of a hybrid power system with diesel and wind turbine generation, Windpower 98 Bakersfield, CA, April 27-May 1, G. S. Stavrakakis, G. N. Kariniotakis: A general simulation algorithm for the accurate assessment of isolated diesel-wind turbines system interaction, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 10, No. 3, September S. C. Tripathy, M. Kalantar, R. Balasubramanian: Dynamics and stability of a hybrid wind-diesel power system, Energy convers. Mgmt Vol. 33, No. 12, pp , K. Pandiaraj, P. Taylor, N. Jenkins, C. Robb: Distributed load control of autonomous renewable energy systems, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 16, No. 1, March A. D. Karlis, P. S. Dokopoulos, D. P. Papadopoulos: Dynamic stability of an autonomous hydro-wind-diesel and photovoltaic power plant, Word Renewable Energy Congress V, Vol IV, September 1998, Florence, Italy. 9. S. A. Daniel, N. Ammasai Gounden: A novel hybrid isolated generating system based on PV fed-inverter assisted wind-driven induction generators, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 19, No. 2, June