ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Μελέτη της επίδρασης των χαρακτηριστικών κλίσης P(V) στη διείσδυση των μονάδων διανεμημένης παραγωγής ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ του ΞΕΝΟΦΩΝ ΓΙΑΓΚΟΥ Επιβλέποντες : Γρηγόρης Παπαγιάννης Καθηγητής Α.Π.Θ. Γεώργιος Κρυωνίδης Υπ. Διδάκτωρ Α.Π.Θ. Ελευθέριος Κόντης Υπ. Διδάκτωρ Α.Π.Θ. Θεσσαλονίκη, Nοέμβριος 2016

2

3 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Μελέτη της επίδρασης των χαρακτηριστικών κλίσης P(V) στη διείσδυση των μονάδων διανεμημένης παραγωγής ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ του ΞΕΝΟΦΩΝ ΓΙΑΓΚΟΥ Επιβλέποντες : Γρηγόρης Παπαγιάννης Καθηγητής Α.Π.Θ. Γεώργιος Κρυωνίδης Υπ. Διδάκτωρ Α.Π.Θ. Ελευθέριος Κόντης Υπ. Διδάκτωρ Α.Π.Θ Εγκρίθηκε από την τριμελή εξεταστική επιτροπή την 2 η Νοεμβρίου (Υπογραφή) (Υπογραφή) (Υπογραφή) Γρηγόρης Παπαγιάννης Γεώργιος Ανδρέου Μηνάς Αλεξιάδης Καθηγητής Α.Π.Θ. Επ. Καθηγητής Α.Π.Θ Λέκτορας Α.Π.Θ Θεσσαλονίκη, Νοέμβριος 2016

4 (Υπογραφή)... ΞΕΝΟΦΩΝ ΓΙΑΓΚΟΥ Διπλωματούχος Ηλεκτρολόγος Μηχανικός και Μηχανικός Υπολογιστών Α.Π.Θ All rights reserved.

5 Περίληψη Τα τελευταία χρόνια υπάρχει μια ολοένα και αυξανόμενη στροφή προς την εγκατάσταση μονάδων διανεμημένης παραγωγής (ΔΠ) στα δίκτυα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Οι μονάδες αυτές χαρακτηρίζονται για την ευελιξία, την οικονομική τους λειτουργία και την φιλικότητα που εμφανίζουν προς το περιβάλλον. Έτσι, προτιμώνται έναντι των μεγάλων συμβατικών σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Παρ όλα τα πλεονεκτήματα που παρουσιάζει η ΔΠ, υπάρχουν κάποιοι παράγοντες που περιορίζουν την υπέρμετρη διείσδυση της στα δίκτυα διανομής. Ο βασικός ανασταλτικός παράγοντας αφορά την ανύψωση της τάσης σε ανεπιθύμητα επίπεδα, η οποία οφείλεται εν γένει στην αντίστροφη ροή ισχύος που προκαλεί η ύπαρξη των μονάδων ΔΠ στο δίκτυο. Για την διευθέτηση του προβλήματος της ανύψωσης της τάσης προτείνονται στην βιβλιογραφία αρκετές μέθοδοι. Ειδικότερα, στα δίκτυα χαμηλής τάσης (ΧΤ) προτιμάται η περικοπή της ενεργού ισχύος, η οποία είναι μια μέθοδος που επιλύει αποδοτικά το πρόβλημα των υπερτάσεων. Αυτό επιτυγχάνεται με την ενεργή ρύθμιση της τάσης μέσω του ελέγχου της εγχεόμενης ισχύος από τις μονάδες ΔΠ, σύμφωνα με την χαρακτηριστική κλίσης P(V). Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζεται η δυνατότητα αύξησης της διείσδυσης της ΔΠ στα δίκτυα ΧΤ, όταν εφαρμόζεται στις μονάδες ΔΠ ο έλεγχος της χαρακτηριστικής κλίσης P(V). Για τον σκοπό αυτό διερευνάται η εφαρμογή της τεχνικής ελέγχου σε ένα πραγματικό δίκτυο ΧΤ με εγκατεστημένες μονάδες ΔΠ. Η διερεύνηση γίνεται για μεγάλο εύρος διείσδυσης της ΔΠ στο δίκτυο, καθώς και για ποικίλες καταστάσεις λειτουργίας του, ώστε να εξασφαλιστεί όσο το δυνατόν πιο γενικευμένο αποτέλεσμα. Η υλοποίηση του P(V) ελέγχου λαμβάνει χώρα σε μια πλατφόρμα προσομοίωσης, η οποία δίνει την δυνατότητα προσομοίωσης δικτύων, με παράλληλη εφαρμογή τεχνικών ελέγχου στις μονάδες του. Λέξεις Κλειδιά: <<Διανεμημένη παραγωγή, αύξηση της διείσδυσης, ρύθμιση της τάσης σε δίκτυα χαμηλής τάσης, περικοπή ενεργού ισχύος, χαρακτηριστική κλίσης P(V), τοπικός έλεγχος φωτοβολταϊκών>>

6

7 Abstract In modern times there has been a surge of interest in the deployment of Distributed Generation (DG) units connected to the electric distribution network. In contrast to conventional power plants, DG units feature special characteristics in consideration with their sustainability, operating flexibility, and economical usage. Despite these promises, certain factors restrict the further penetration of DG in the existing distribution networks. The most substantial limiting factor is considered to be overvoltages caused by the reverse power flow due to the active power injection of DG units. In the literature, several control techniques are proposed in order to avoid the aforementioned problem. Especially in case of a low voltage (LV) distribution system, the active power curtailment (APC) method is considered an effective solution for addressing overvoltage issues. By applying APC, voltage is regulated actively by curtailing part of the injected active power of the installed DG units, according to P(V) droop characteristic. In this thesis, a comprehensive analysis is developed focusing on the evaluation of the examined P(V) droop control. For this purpose, the potential of attaining a higher DG penetration by applying P(V) droops is investigated in a real LV distribution network. Investigation includes a wide range of examined cases, regarding the DG units penetration level and operating condition of the examined network. The implementation of P(V) droop control is performed in a software tool, which offers the ability to simulate extended networks with various DG control schemes. Keywords: <<Distributed generation, increase of penetration level, voltage regulation in low voltage networks, active power curtailment, P V droop characteristic, photovoltaics local control >>

8

9 Ευχαριστίες Αρχικά, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον κ. Παπαγιάννη για την ανάθεση εκπόνησης της διπλωματικής, αλλά και για την προσφορά του σε επίπεδο γνώσεων. Η διδασκαλία του στα εισαγωγικά μαθήματα της ενεργειακής τεχνολογίας μου έδωσε το έναυσμα να ασχοληθώ με το αντικείμενο του ενεργειακού Ηλεκτρολόγου Μηχανικού. Επίσης, θα ήθελα να σταθώ στην πολύτιμη βοήθεια που μου προσέφεραν καθ όλη τη διάρκεια ενασχόλησής μου με την διπλωματική οι υποψήφιοι διδάκτορες Λευτέρης Κόντης και Γιώργος Κρυωνίδης, για την οποία τους είμαι ευγνώμων. Τέλος, ευχαριστώ τους γονείς μου για την στήριξή τους, τον συνάδελφο παππού μου για τις απορίες που μου έλυνε κατά καιρούς και βεβαίως, όλους αυτούς με τους οποίους μοιραστήκαμε εμπειρίες κατά τα χρόνια των σπουδών μου.

10

11 Πίνακας περιεχομένων 1 Διανεμημένη Παραγωγή Γενικά Πλεονεκτήματα διανεμημένης παραγωγής Τεχνικές δυσκολίες που προκαλεί η αυξημένη διείσδυση διανεμημένης παραγωγής Μέθοδοι για την αντιμετώπιση της ανύψωσης της τάσης στην χαμηλή τάση Περικοπή Ενεργού Ισχύος με Χαρακτηριστική Κλίσης P(V) Σχέση ενεργού ισχύος-τάσης στην χαμηλή τάση Προφίλ τάσης σε ένα συμβατικό δίκτυο διανομής Ανύψωση της τάσης σε ένα δίκτυο διανομής με διανεμημένη παραγωγή Περιγραφή της μεθόδου ελέγχου των μονάδων Πρακτική υλοποίηση του ελέγχου Υλοποίηση του Ελέγχου στην Πλατφόρμα Προσομοίωσης Πλατφόρμα Προσομοίωσης (MATLAB-OpenDSS) OpenDSS MATLAB Draw Πλεονεκτήματα πλατφόρμας Περιγραφή της διαδικασίας προσομοίωσης Αξιολόγηση της Τεχνικής Ελέγχου Περιγραφή της μεθοδολογίας αξιολόγησης Κριτήριο αξιολόγησης Σύστημα αξιολόγησης Σύστημα υπό μελέτη Χαρακτηριστικά του δικτύου Σχηματική απεικόνιση του δικτύου Αύξηση της εγκατεστημένης ισχύος των μονάδων i

12 5.1 Αποτελέσματα διερεύνησης Αύξησης της συνολικής παραγόμενης ενέργειας Κριτήριο αξιολόγησης Σύστημα αξιολόγησης Αποτελέσματα διερεύνησης Συνολική εγχεόμενη ενέργεια Παραγόμενη ισχύς από τις μονάδες Φασικές τάσεις Συμπεράσματα Σύνοψη και συμπεράσματα Μελλοντικές επεκτάσεις Βιβλιογραφία Παράρτημα Α ii

13 1 Διανεμημένη Παραγωγή 1.1 Γενικά Ως Διανεμημένη Παραγωγή (ΔΠ) νοείται μικρής κλίμακας παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από μονάδες που είναι τοποθετημένες σε ποικίλα σημεία του δικτύου διανομής, συνήθως κοντά στην κατανάλωση. Η εγκατεστημένη ισχύς των μονάδων ΔΠ κυμαίνεται από μερικά kw έως μερικά ΜW [1], ενώ προορίζονται για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών των καταναλωτών. Η τοποθεσία των μονάδων ΔΠ, καθώς βρίσκονται κοντά στην κατανάλωση, είναι είτε στο δίκτυο μέσης τάσης (20 kv) είτε σε αυτό της χαμηλής τάσης (0.4 kv). Την τελευταία εικοσαετία, οι τεχνολογικές καινοτομίες και οι αλλαγές στο οικονομικό και ρυθμιστικό περιβάλλον έχουν αυξήσει το ενδιαφέρον γύρω από τη ΔΠ. Αυτό οφείλεται κυρίως σε 5 παράγοντες: Πρωτίστως, στην απελευθέρωση της αγοράς ενέργειας και στην ανησυχία για την κλιματική αλλαγή, αλλά δευτερευόντως και στην εξέλιξη των τεχνολογιών διανεμημένης παραγωγής, τους περιορισμούς στην κατασκευή νέων γραμμών μεταφοράς και στην αυξημένη απαίτηση των καταναλωτών για υψηλής ποιότητας ηλεκτρική ενέργεια [2]. Οι τεχνολογίες των μονάδων διανεμημένης παραγωγής που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι οι μηχανές εσωτερικής καύσης, μονάδες συνδυασμένου κύκλου αερίου, 1

14 μικροστρόβιλοι και οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ). Οι ΑΠΕ συνιστούν την λεγόμενη πράσινη ενέργεια υπό την έννοια ότι χρησιμοποιούν πόρους που δεν εξαντλούνται. Οι κυριότερες τεχνολογίες που χρησιμοποιούν ΑΠΕ είναι οι ανεμογεννήτριες, τα φωτοβολταϊκά, οι μικροί υδροηλεκτρικοί σταθμοί, οι κυψέλες καυσίμου, μονάδες γεωθερμίας καθώς και μονάδες που εκμεταλλεύονται την ενέργεια των ωκεανών. Σχήμα 1: Δύο από τις κυριότερες τεχνολογίες ΔΠ: φωτοβολταϊκα και ανεμογεννήτριες Στην Ελλάδα σύμφωνα με τα επίσημα στοιχεία του Ανεξάρτητου Διαχειριστή Μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΑΔΜΗΕ) [3] το 10 % της συνολικής ηλεκτρικής ενέργειας που παρήχθη το έτος 2015, προέρχεται από μονάδες ΔΠ. Το σύνολο της εγκατεστημένης ισχύος των μονάδων αυτών στο τέλος του 2015 ήταν 5.2 GW, δύο φορές μεγαλύτερη σε σχέση με το 2011, ενώ έχουν ήδη εκδοθεί άδειες για την εγκατάσταση επιπλέον μονάδων ΔΠ μέσα στα επόμενα χρόνια. Βεβαίως, το σκηνικό είναι αντίστοιχο και στην πλειοψηφία των ανεπτυγμένων χωρών του κόσμου, κάτι που καταδεικνύει την ολοένα και αυξανόμενη στροφή προς τη ΔΠ. 2

15 1.2 Πλεονεκτήματα διανεμημένης παραγωγής Παραδοσιακά, η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται από μεγάλους συμβατικούς σταθμούς που χρησιμοποιούν κατά κύριο λόγο ορυκτά καύσιμα όπως ο λιγνίτης, το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο κ.α. Η θέση αυτών των σταθμών είναι συνήθως μακριά από τους καταναλωτές και η διανομή σε αυτούς γίνεται μέσω του ηλεκτρικού δικτύου με τις γραμμές μεταφοράς. Για την παραγωγή ενέργειας μέσω αυτών των σταθμών χρησιμοποιείται συνεπώς, ο όρος συγκεντρωμένη παραγωγή (centralized generation). Η ΔΠ υπερέχει της συμβατικής (συγκεντρωμένης) τόσο σε όρους οικονομίας και λειτουργικότητας όσο και οικολογίας. Οικονομικά, με την χρήση των μονάδων ΔΠ μπορούν να καλυφθούν οι απαιτήσεις για ενέργεια των καταναλωτών τοπικά, αποφεύγοντας την κατασκευή νέων γραμμών μεταφοράς ή την αναβάθμιση των ήδη υπαρχόντων. Επίσης, οι μονάδες ΔΠ λόγω του συγκριτικά μικρού μεγέθους τους μπορούν να συναρμολογηθούν εύκολα οπουδήποτε, παρέχοντας έτσι ευελιξία ως προς το σύνολο της εγκατεστημένης ισχύος και προσαρμόζοντάς την στις τοπικές απαιτήσεις κατά καιρούς [4]. Παράλληλα, το κόστος ενέργειας των μονάδων ΔΠ είναι φθηνότερο από το κόστος των συμβατικών, καθώς η ενέργεια τους προέρχεται συνήθως από ανανεώσιμες πηγές. Από την άποψη της λειτουργικότητας του δικτύου, οι μονάδες ΔΠ μειώνουν τις απώλειες ισχύος του δικτύου, καθώς παρέχουν τμήμα του απαιτούμενου φορτίου μειώνοντας έτσι την ροή της ισχύος στις γραμμές μεταφοράς και κατ επέκταση τις απώλειες σε αυτές [4]. Τα πολλά σημεία παραγωγής ακόμη βοηθούν στην εξασφάλιση της αξιοπιστίας του συστήματος, συγκριτικά με την ύπαρξη ενός μεγάλου κεντρικού σταθμού [5]. Ως γνωστόν, οι κεντρικές μονάδες που χρησιμοποιούν ορυκτά καύσιμα προκαλούν εκπομπές αεριών, όπως για παράδειγμα το διοξείδιο του άνθρακα, μολύνοντας σε μεγάλο βαθμό το περιβάλλον αλλά και εντείνοντας το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Οι φόβοι για την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής και της ατμοσφαιρικής ρύπανσης δίνουν ένα ισχυρό πλεονέκτημα στις μονάδες ΔΠ οι οποίες είναι κατά κανόνα φιλικότερες προς το περιβάλλον. Για την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής μάλιστα, έχουν θεσπιστεί ορισμένα όρια εκπομπών αερίων με τα οποία οφείλουν να συμβαδίζουν τα συμβαλλόμενα κράτη όπως ορίζεται στο 3

16 Πρωτόκολλο του Κιότο [6]. Το Πρωτόκολλο του Κιότο θεσπίστηκε στα πλαίσια της σύμβασης των Ηνωμένων Εθνών για την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής και ήταν δεσμευτικό για τα συμβαλλόμενα κράτη έως το Στη συνέχεια, επεκτάθηκε με την Τροπολογία της Ντόχα, με την προσθήκη επιπλέον κρατών στη συμφωνία και θέτοντας ακόμα αυστηρότερους περιορισμούς στις εκπομπές αερίων. Μέχρι τον Ιούλιο του 2016, 66 κράτη είχαν επικυρώσει την Τροπολογία της Ντόχα. Παρ όλα αυτά, για την επίλυση του προβλήματος της κλιματικής αλλαγής από τις εκπομπές αερίων, δεν είχαν γίνει ουσιαστικά βήματα πριν την υπογραφή της Συμφωνίας του Παρισιού [7]. Τον Σεπτέμβριο του 2016 δύο από τις πιο πολυπληθείς και έντονα βιομηχανοποιημένες χώρες, οι ΗΠΑ και η Κίνα, επικύρωσαν τη Συμφωνία με στόχο τον περιορισμό των εκπομπών αερίων. Συνεπώς, μακροπρόθεσμα υπάρχει μια τάση μείωσης της ενέργειας που προέρχεται από τους ρυπογόνους συμβατικούς σταθμούς παραγωγής με την εγκατάσταση νέων φιλικότερων προς το περιβάλλον μονάδων. Η τάση αυτή έχει οδηγήσει την επιστημονική κοινότητα στην εξέλιξη των τεχνολογιών διανεμημένης παραγωγής, αλλά και στην ορθότερη αντιμετώπιση των προβλημάτων που εμφανίζονται λόγω της ύπαρξης αυτών. 1.3 Τεχνικές δυσκολίες που προκαλεί η αυξημένη διείσδυση διανεμημένης παραγωγής Δεδομένων των πλεονεκτημάτων που προαναφέρθηκαν, η διανεμημένη παραγωγή τείνει να καταλάβει ολοένα και μεγαλύτερο μερίδιο της συνολικής παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας. Εξ αιτίας αυτής της τάσης εμφανίζονται προβλήματα που σχετίζονται με την αυξημένη διείσδυση των μονάδων ΔΠ στο δίκτυο. Τα προβλήματα αυτά εγείρονται από το γεγονός ότι οι ήδη υπάρχουσες υποδομές του συστήματος μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας δεν σχεδιάστηκαν προβλέποντας την ύπαρξη της ΔΠ. Η εμφάνιση ωστόσο των μονάδων ΔΠ έχει αλλάξει την παραδοσιακή λειτουργία των δικτύων διανομής από μονής σε διπλής κατεύθυνσης ροή ισχύος, θέτοντας έτσι μια σειρά από τεχνικές δυσκολίες τις οποίες καλούνται να διευθετήσουν οι διαχειριστές τους συστήματος διανομής [8]. Συνοπτικά, οι κυριότερες από αυτές είναι: 4

17 Προβλήματα συμφόρησης: Προσθέτοντας μονάδες ΔΠ αυξάνεται σημαντικά το ποσό της ισχύος που καλείται να διαχειριστεί ο εξοπλισμός του δικτύου διανομής, δηλαδή τα καλώδια, οι γραμμές και οι μετασχηματιστές (ΜΣ). Το κρισιμότερο κομμάτι που επηρεάζεται είναι ο ΜΣ, που μετατρέπει τη μέση σε χαμηλή τάση και αντίστροφα [9]. Η μέγιστη ισχύς που μπορεί να μεταφέρει ένας ΜΣ είναι συγκεκριμένη και περιορίζεται από το θερμικό του όριο. Επιπλέον, εάν η τοπικά παραγόμενη από τις μονάδες ΔΠ ισχύς, ξεπεράσει την καταναλισκόμενη από τα διάφορα φορτία, η ισχύς θα πρέπει να κατευθυνθεί από την χαμηλή τάση πίσω στην μέση τάση προς περιοχές άλλων φορτίων. Έτσι, ενδέχεται η ισχύς που ρέει αντίστροφα να ξεπεράσει το θερμικό όριο του ΜΣ, εντείνοντας την ανάγκη για αντικατάσταση του με έναν μεγαλύτερης ισχύος, κάτι που εν γένει κοστίζει ακριβά. Ευστάθεια: Παραδοσιακά, ο σχεδιασμός του δικτύου διανομής δεν λάμβανε υπόψη θέματα ευστάθειας καθώς το δίκτυο ήταν παθητικό και παρέμενε ευσταθές στις περισσότερες περιπτώσεις, δεδομένου ότι το δίκτυο μεταφοράς ήταν το ίδιο ευσταθές. Ωστόσο, η αυξημένη διείσδυση της ΔΠ επηρεάζει τόσο την μεταβατική όσο και την δυναμική ευστάθεια του δικτύου και για την εύρυθμη λειτουργία του, θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη τέτοια θέματα [10]. Προστασία: Με την προσθήκη μονάδων ΔΠ το δίκτυο γίνεται πλέον ενεργό. Έτσι, ο κλασσικός σχεδιασμός του συστήματος προστασίας που γίνεται στα συμβατικά δίκτυα διανομής, δεν είναι αποτελεσματικός. Τα προβλήματα που προκύπτουν είναι τα εξής: Σε συμβατικά δίκτυα που η ροή ισχύος είναι μονόδρομη, η ρύθμιση των μέσων προστασίας είναι τέτοια ώστε να υπάρχει συνεργασία μεταξύ τους. Η συνεργασία επιτυγχάνεται υπό την έννοια ότι αποκρίνεται γρηγορότερα η συσκευή που βρίσκεται εγγύτερα στο σφάλμα. Λόγω της αμφίδρομης ροής ισχύος που προκαλεί η ΔΠ όμως, μια τέτοια ρύθμιση δεν είναι πλέον αποδοτική [11]. Η παρουσία των μονάδων ΔΠ μειώνει το ρεύμα σφάλματος που ανιχνεύεται στην αρχή του feeder. Αυτό συμβαίνει επειδή σε περίπτωση βραχυκυκλώματος μέρος του ρεύματος σφάλματος παρέχεται από τις μονάδες ΔΠ κι έτσι, η συμβολή από την πλευρά του υπόλοιπου δικτύου είναι 5

18 μικρότερη. Σε περιπτώσεις μάλιστα, που η συμβολή από τις μονάδες ΔΠ στο ρεύμα βραχυκύκλωσης είναι μεγάλη, τα ρεύματα που ανιχνεύονται από τα μέσα προστασίας δεν εγείρουν την γρήγορη αποσύνδεση του σφάλματος [11]. Ακόμη θα πρέπει να υπάρξει πρόβλεψη για την προστασία από μη ηθελημένη νησιδοποίηση. Το φαινόμενο αυτό συμβαίνει όταν, ενώ έχει διακοπεί η παροχή από το κεντρικό δίκτυο, τμήμα αυτού συνεχίζει να λειτουργεί εξυπηρετώντας τοπικά φορτία. Κατάσταση που μπορεί να θέσει σε κίνδυνο τους προσωπικό συντήρησης και επισκευών και συνεπώς θα πρέπει να αντιμετωπίζεται άμεσα [9]. Ανύψωση της τάσης: Το σημαντικότερο πρόβλημα που εμφανίζεται από την αυξημένη διείσδυση της ΔΠ και αυτό το οποίο πραγματεύεται και καλείται να αντιμετωπίσει η παρούσα διπλωματική εργασία, είναι το πρόβλημα της ανύψωσης της τάσης. Γενικά, οι ηλεκτρικές συσκευές έχουν σχεδιαστεί ώστε να λειτουργούν σε ένα συγκεκριμένο εύρος τιμών γύρω από την ονομαστική τους τάση. Ιδιαίτερα οι ηλεκτρονικές συσκευές απαιτούν πολύ καλή ποιότητα ισχύος. Για την επίτευξη αυτής της ποιότητας θα πρέπει να αποφεύγονται σε κάθε περίπτωση οι υπερτάσεις, καθήκον με το οποίο είναι επιφορτισμένος ο διαχειριστής του δικτύου. Η μέγιστη επιτρεπτή τιμή της τάσης στο κοινό σημείο σύνδεσης μιας μονάδας με το υπόλοιπο δίκτυο, ορίζεται από το πρότυπο EN 50160:2010 [12] και είναι 1.1 p.u. Τιμές μεγαλύτερες του 1.1 p.u. θεωρούνται υπέρταση και θα πρέπει να αποφεύγονται. Ειδικά στην χαμηλή τάση, υπάρχει ισχυρή σύζευξη μεταξύ της τάσης του δικτύου και της εγχεόμενης ενεργού ισχύος, λόγω του έντονα ωμικού χαρακτήρα που έχουν οι γραμμές [8]. Καθώς η ενεργός ισχύς είναι υπεύθυνη για τις υπερτάσεις, όταν σε κάποιο σημείο του δικτύου ξεπεραστεί το επιτρεπτό όριο του 1.1 p.u. για περισσότερο από 10 λεπτά, οι μονάδες τίθενται εκτός λειτουργίας ώστε να αποφευχθεί η περαιτέρω αύξηση της τάσης. Στην πράξη, η ανύψωση της τάσης συμβαίνει στις περιοχές με μονάδες ΔΠ και γίνεται αρκετά έντονη όταν μονάδες μεγάλης ισχύος συνδέονται σε απομακρυσμένες περιοχές που έχουν χαμηλή κατανάλωση, κατάσταση η οποία είναι αρκετά συνήθης σε αγροτικές περιοχές. 6

19 1.4 Μέθοδοι για την αντιμετώπιση της ανύψωσης της τάσης στην χαμηλή τάση Για την αντιμετώπιση του φαινομένου της ανύψωσης της τάσης που προκαλείται από την αυξημένη διείσδυση των μονάδων διανεμημένης παραγωγής στο δίκτυο, προτείνονται στην βιβλιογραφία πολλές μέθοδοι. Ρύθμιση του μεταγωγέα υπό φορτίο: Μία εξ αυτών είναι η μείωση της τάσης στο δευτερεύον του μετασχηματιστή υποβιβασμού (μέση σε χαμηλή τάση) μέσω ρύθμισης της θέσης του μεταγωγέα (tap). Η τεχνική αυτή, δεδομένου ότι η συχνή αλλαγή του μεταγωγέα δεν είναι εφικτή, έχει κάποιους περιορισμούς. Ουσιαστικά περιορίζεται από την δυνατότητα να βρεθεί μια ρύθμιση που θα χρησιμοποιηθεί σε ονομαστική και σε μηδενική παραγωγή ισχύος, χωρίς να ξεπερνιέται το όριο που έχει τεθεί για την τάση [13]. Εφαρμογή τεχνικών άεργου ισχύος: Στην χαμηλή τάση, όπως έχει ήδη αναφερθεί, οι γραμμές έχουν ωμικό χαρακτήρα και συνεπώς υπάρχει ισχυρή σύζευξη της τάσης με την ενεργό ισχύ και όχι με την άεργο όπως συμβαίνει στα δίκτυα μέσης και υψηλής τάσης. Συνεπώς, η απορρόφηση άεργου ισχύος από της μονάδες ΔΠ δεν μπορεί να επιλύσει το φαινόμενο της ανύψωσης της τάσης ενώ επιπλέον, προκαλεί ανεπιθύμητη αύξηση στα ρεύματα και τις απώλειες. Ενίσχυση του δικτύου: Μια άλλη προσέγγιση αφορά την ενίσχυση του δικτύου με την αύξηση του μεγέθους των αγωγών, κάτι που συνεπάγεται την μείωση της συνολικής αντίστασης των γραμμών. Παρ όλο που η μέθοδος αυτή είναι αρκετά αποδοτική, το κόστος για την υλοποίησή της είναι ιδιαίτερα μεγάλο (ειδικά όσον αφορά τα υπόγεια καλώδια) κι έτσι δεν προτιμάται γενικά για την αντιμετώπιση του φαινομένου. Περικοπή της ενεργού ισχύος (Active Power Curtailment ή συντετμημένα APC): Η μέθοδος APC είναι η πιο υποσχόμενη όσον αφορά την αποδοτική 7

20 ρύθμιση της τάσης στα δίκτυα χαμηλής τάσης. Η τεχνική αυτή πλεονεκτεί έναντι των προαναφερθέντων, καθώς απαιτεί ελάχιστες τροποποιήσεις στον έλεγχο του αντιστροφέα που συνδέει την μονάδα ΔΠ με το υπόλοιπο δίκτυο [13], ενώ η ισχύς περικόπτεται μόνο όταν η τάση ξεπεράσει κάποιο όριο, ελαχιστοποιώντας έτσι το ποσό της ενέργειας που χάνεται. Η χαρακτηριστική κλίσης ενεργού ισχύος-τάσης P(V), θεωρείται η πιο διαδεδομένη μέθοδος αποκεντρωμένης περικοπής ενεργού ισχύος και προτιμάται έναντι άλλων συμβατικών μεθόδων, καθώς για την υλοποίηση της δεν απαιτείται κάποια υποδομή επικοινωνίας. Η περικοπής της ενεργού ισχύος σύμφωνα με την χαρακτηριστική κλίσης P(V) είναι η τεχνική που θα χρησιμοποιηθεί στην παρούσα διπλωματική ώστε να διευθετηθεί το πρόβλημα της ανύψωσης της τάσης και αναλύεται εκτενέστερα στα επόμενα κεφάλαια. 8

21 2 Περικοπή Ενεργού Ισχύος με Χαρακτηριστική Κλίσης P(V) 2.1 Σχέση ενεργού ισχύος-τάσης στην χαμηλή τάση Προφίλ τάσης σε ένα συμβατικό δίκτυο διανομής Τα περισσότερα δίκτυα διανομής μοντελοποιούνται ως παθητικά δίκτυα με ακτινική διαμόρφωση. Ο χαρακτήρας τους είναι κυρίως ωμικός καθώς o λόγος R/X έχει σχετικά μεγάλη τιμή, όπου R και Χ η αντίσταση και η αντίδραση των γραμμών αντίστοιχα. Οι υψηλές αυτές αντιστάσεις οδηγούν σε πτώση τάσης πάνω στις γραμμές από το δευτερεύον του ΜΣ προς το σημείο σύνδεσης του καταναλωτή. Για τον υπολογισμό της πτώσης τάσης θα θεωρηθεί ένα σύστημα δύο ζυγών όπως φαίνεται στο Σχήμα 2. 9

22 Σχήμα 2: Συμβατικό σύστημα διανομής δύο ζυγών [14] Ως ΣΔ απεικονίζεται το υπόλοιπο σύστημα διανομής, V S και V R είναι η τάση στο σημείο αποστολής και άφιξης αντίστοιχα, ενώ P και Q είναι η ενεργός και η άεργος ισχύς που ρέει μέσα από το δίκτυο προς τον καταναλωτή. Αντίστοιχα P L και Q L είναι η ενεργός και άεργος ισχύς που απαιτεί το φορτίο. Η τάση στο σημείο αποστολής μπορεί να γραφτεί ως: V S = V R + I (R + jx) (2.1) Η ισχύς που παρέχεται στον καταναλωτή είναι: S = V S I P + jq = V S I (2.2) Έτσι, το ρεύμα που ρέει στη γραμμή είναι: I = P jq V S (2.3) Από τις σχέσεις (2.1) και (2.3) προκύπτει η πτώση τάσης ως: V S = V R + P jq V S R + jx = V R + RP+XQ V S + j XP RQ V S V S V R = RP+XQ V S + j XP RQ V S ΔV = RP+XQ V S + j XP RQ V S (2.4) 10

23 Καθώς η γωνία της τάσης ανάμεσα στο άκρο αποστολής και το άκρο άφιξης είναι πολύ μικρή, η πτώση τάσης μπορεί να θεωρηθεί ίση με το πραγματικό μέρος του δεύτερου μέλους της ισότητας. Επίσης, θεωρώντας τον ζυγό άφιξης ως ζυγό αναφοράς η γωνία της τάσης σε αυτόν είναι μηδέν. Έτσι, η εξίσωση (2.4) παίρνει τη μορφή: ΔV RP+XQ V S (2.5) Παράλληλα, θεωρώντας την τάση στο άκρο αποστολής ως τάση αναφοράς, η V S μπορεί να θεωρηθεί ίση με τη μονάδα. Έχουμε δηλαδή: ΔV RP + XQ (2.6) Ένα συμπέρασμα που μπορούμε να βγάλουμε από τη σχέση (2.6), είναι πως η ισχύς ανάμεσα σε δύο σημεία, ρέει πάντα από αυτό με τη μεγαλύτερη προς αυτό με τη μικρότερη τάση. Επιπλέον, λόγω του έντονα ωμικού χαρακτήρα που έχουν οι γραμμές στη χαμηλή τάση, παραλείπεται η εξάρτηση από την άεργο ισχύ, καθώς στην σχέση (2.6) ο κύριος παράγοντας που επηρεάζει την πτώση τάσης στις γραμμές είναι το γινόμενο R P και λαμβάνεται αυτό υπόψη στην περαιτέρω διερεύνηση Ανύψωση της τάσης σε ένα δίκτυο διανομής με διανεμημένη παραγωγή Τα συμβατικά δίκτυα θεωρούνται παθητικά, με μονόδρομη ροή ισχύος από τις μεγάλες συμβατικές μονάδες προς τους τελικούς καταναλωτές. Όταν όμως σε ένα δίκτυο συνδέονται μονάδες ΔΠ, αυτό γίνεται ενεργό με αποτέλεσμα η ροή της ισχύος να είναι αμφίδρομη. Παράλληλα, επηρεάζεται και το προφίλ της τάσης. Σε ένα συμβατικό δίκτυο διανομής, η τάση στο δευτερεύον του ΜΣ έχει πάντοτε μεγαλύτερη τιμή από την τάση στο τέλος της γραμμής. Αυτό ανατρέπεται σε δίκτυα με μονάδες ΔΠ, όπως αποδεικνύεται στη συνέχεια. 11

24 Σχήμα 3: Σύστημα διανομής δύο ζυγών με ΔΠ Στο Σχήμα 3 εξετάζεται η περίπτωση που στον ζυγό εκτός από φορτία είναι συνδεδεμένη και μια μονάδα ΔΠ. Η επίδραση της άεργου ισχύος στο προφίλ της τάσης είναι μικρή και ως εκ τούτου δεν μελετάται. Η μονάδα παράγει μόνο ενεργό ισχύ και όταν P G > P L, (P G η ισχύς που παράγεται και P L η ισχύς που απαιτείται από το φορτίο) τότε P < 0, δηλαδή η ενεργός ισχύς ρέει πίσω προς το δίκτυο. Συνεπώς, λόγω της σχέσης (2.6) η πτώση τάσης στις γραμμές εμφανίζεται αρνητική, δηλαδή έχουμε ανύψωση της τάσης, η οποία εξαρτάται από το ποσό της ενεργού ισχύος που εγχέεται στο δίκτυο από την μονάδα ΔΠ. Η πτώση τάσης πάνω στις γραμμές εκφράζεται μαθηματικά ως V S V R. Η V S όμως, μέσω της ρύθμισης του μεταγωγέα υπό φορτίο του ΜΣ παραμένει ουσιαστικά σταθερή και λαμβάνοντάς την ως τάση αναφοράς, μπορεί να θεωρηθεί ίση με 1 p.u. Έτσι, με την V S σταθερή και ίση με τη μονάδα, οι μεταβολές στην πτώση τάσης πάνω στην γραμμή εξαρτώνται από την τάση που εμφανίζεται στο κοινό σημείο σύνδεσης της μονάδας ΔΠ με το υπόλοιπο δίκτυο, δηλαδή την V R. 2.2 Περιγραφή της μεθόδου ελέγχου των μονάδων Όπως έγινε σαφές από την προηγούμενη ενότητα, υπάρχει άμεση σχέση ανάμεσα στην τάση στο κοινό σημείο σύνδεσης και στην ενεργό ισχύ που εγχέεται στο δίκτυο από την μονάδα ΔΠ. Συγκεκριμένα, όταν στον ζυγό που είναι συνδεδεμένη μια μονάδα, η παραγόμενη από αυτήν ισχύς ξεπεράσει την απαιτούμενη ισχύ των φορτίων, τότε έχουμε τοπική ανύψωση της τάσης, λόγω της αντίστροφης ροής ισχύος. Σε χρονικές περιόδους χαμηλής κατανάλωσης και παράλληλα μεγάλης παραγωγής ισχύος, η ανύψωση αυτή ενδέχεται να ξεπεράσει τα επιτρεπτά όρια όπως προδιαγράφονται από το πρότυπο EN 50160:2010. Στην πράξη ένα δίκτυο 12

25 αποτελείται από πολλούς ζυγούς, όπου σε καθέναν από αυτούς συνδέονται φορτία ή και μονάδες παράλληλα. Όπως ορίζεται από το πρότυπο, όταν η τάση σε κάποιον από τους ζυγούς ξεπεράσει το 1.1 p.u. για παραπάνω από 10 λεπτά, θα πρέπει να αποσυνδεθούν οι μονάδες του ώστε να περιοριστεί η ανεπιθύμητη ανύψωση της τάσης. Αυτό συνεπάγεται μηδενική εγχεόμενη ισχύ από τις μονάδες προς το δίκτυο, δηλαδή πλήρη περικοπή της. Μια τέτοια προσέγγιση όμως, δεν είναι επιθυμητή από τους ιδιοκτήτες των μονάδων ΔΠ. Το κέρδος από την επένδυσή τους εξαρτάται από την ενεργό ισχύ που αποδίδει η εγκατεστημένη μονάδα προς το δίκτυο. Έτσι, ναι μεν με την αποσύνδεση των μονάδων επιλύεται το πρόβλημα της ανύψωσης της τάσης, όμως παράλληλα προκαλείται οικονομική ζημία στους ιδιοκτήτες των μονάδων [15]. Από την άλλη, με την εφαρμογή τοπικού ελέγχου της έγχυσης ενεργού ισχύος από την κάθε μονάδα προς το δίκτυο, ρυθμίζεται ενεργά η τάση στο κοινό σημείο σύνδεσης. Έτσι, περικόπτοντας την εγχεόμενη ενεργό ισχύ μπορεί να διευθετηθεί το πρόβλημα της ανύψωσης της τάσης. Η μέθοδος APC παρουσιάζει κάποια σημαντικά πλεονεκτήματα συγκριτικά με άλλες μεθόδους που καλούνται να επιλύσουν το πρόβλημα. Πιο αναλυτικά: Ο τοπικός (αποκεντρωμένος) έλεγχος πλεονεκτεί έναντι του συντονισμένου καθώς δεν απαιτείται δίκτυο επικοινωνίας μεταξύ των μονάδων για την υλοποίησή του. Έτσι, το ενδεχόμενο μη ασφαλούς λειτουργίας του δικτύου λόγω υπερτάσεων, εξαιτίας σφαλμάτων στις γραμμές επικοινωνίας ή της αργής απόκρισης στις γρήγορες μεταβολές της τάσης εξαλείφεται [16]. Παράλληλα, η υλοποίηση του τοπικού ελέγχου είναι απλούστερη κάτι που οδηγεί και σε μικρότερο κόστος εγκατάστασης. Στα δίκτυα χαμηλής τάσης, σε αντίθεση με την άεργο ισχύ, υπάρχει ισχυρή σύζευξη ανάμεσα στην ενεργό ισχύ και την τάση. Έτσι, η ρύθμιση της ενεργού ισχύος έχει ως συνέπεια την αποτελεσματικότερη ρύθμιση της τάσης. Η πλειονότητα των μονάδων ΔΠ συνδέεται στο δίκτυο μέσω αντιστροφέων (inverters) οι οποίοι είναι διατάξεις ηλεκτρονικών ισχύος. Οι αντιστροφείς δίνουν τη δυνατότητα υλοποίησης διάφορων τεχνικών ελέγχου. Στη συγκεκριμένη διπλωματική θα εξεταστεί και θα χρησιμοποιηθεί ο έλεγχος περικοπής ενεργού ισχύος σύμφωνα με την χαρακτηριστική κλίσης P(V) η οποία παρουσιάζεται στο Σχήμα 4 και αποτελείται από τρεις περιοχές ελέγχου. Ο έλεγχος έχει ως εξής [8]: 13

26 Περιοχή 1: Όσο η τάση στο κοινό σημείο σύνδεσης (V g ) παραμένει μικρότερη από μια τιμή, η έγχυση ενεργού ισχύος (P inj ) παραμένει σταθερή και ίση με την ισχύ του μέγιστο σημείου (Maximum Point Power ή συντετμημένα MPP) P MPP. Η ισχύς P MPP είναι η μέγιστη δυνατή που μπορεί να παράγει η μονάδα ΔΠ μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή και ορίζεται από τη διαθέσιμη ισχύ της πρωτογενούς πηγής. Περιοχή 2: Το κατώφλι της τάσης για την ενεργοποίηση της περικοπής ενεργού ισχύος ονομάζεται τάση κατωφλιού (V th ). Για τιμές μεγαλύτερες του κατωφλίου V th ενεργοποιείται ο έλεγχος περικόπτοντας γραμμικά την εγχεόμενη ισχύ συναρτήσει της τάσης, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4. Ως τιμή τις τάσης κατωφλιού λαμβάνεται το 1.06 p.u. Περιοχή 3: Όταν η τάση ξεπεράσει τα όρια που ορίζονται από τις V max και V min, η εγχεόμενη ισχύς P inj μηδενίζεται. Τα όρια V max και V min είναι τα λειτουργικά όρια που τίθενται από το πρότυπο ΕΝ 50160:2010 και έχουν τιμές, 1.1 p.u. και 0.9 p.u. αντίστοιχα. Καθώς η τεχνική ελέγχου εφαρμόζεται σε τριφασικές μονάδες ΔΠ, για τον έλεγχο λαμβάνεται η ορθή συνιστώσα της τάσης στο κοινό σημείο σύνδεσης (V g,1 ). Τα παραπάνω μπορούν να εκφραστούν σχηματικά με την εξής γραφική παράσταση: Σχήμα 4: Χαρακτηριστική κλίσης P(V) 14

27 Η υλοποίηση του ελέγχου εκφράζεται με μία τμηματική συνάρτηση, όπου το κάθε τμήμα της αντιστοιχεί και σε μια περιοχή του Σχήματος 4. P MPP, V min < V g,1 V th P inj = P MPP P MPP V g,1 V th V max V th, V th < V g,1 < V max (2.7) 0, V min V g,1 ή V g,1 V max 2.3 Πρακτική υλοποίηση του ελέγχου Παρακάτω περιγράφεται η γενική ιδέα υλοποίησης του εξεταζόμενου ελέγχου στο κύκλωμα του αντιστροφέα, μέσω του οποίου συνδέεται η μονάδα ΔΠ με το υπόλοιπο δίκτυο. Ο έλεγχος βασίζεται στις [17] και [18] και απεικονίζεται στο Σχήμα 5. Να σημειωθεί ότι η λεπτομερής περιγραφή της υλοποίησής του ξεφεύγει από τα πλαίσια αυτής της διπλωματικής εργασίας και έτσι αποφεύγεται να δοθεί. Σχήμα 5: Υλοποίηση του ελέγχου Ο αντιστροφέας ελέγχεται ως πηγή ρεύματος και σε κανονικές συνθήκες αποδίδει στο δίκτυο την P MPP. Αρχικά, λαμβάνονται οι τάσεις εξόδου του αντιστροφέα για τις τρεις φάσεις (υ g,abc ) και με βάση αυτές υπολογίζεται η ορθή 15

28 συνιστώσα της τάσης εξόδου, υ 1. Η υ 1 συγκρίνεται με την τιμή της τάσης κατωφλιού (υ th ) και αν είναι μεγαλύτερη από αυτήν ενεργοποιείται ο έλεγχος. Η ενεργοποίηση του ελέγχου σημαίνει την μείωση της εγχεόμενης ισχύος από την μονάδα ΔΠ. Πρακτικά αυτό συμβαίνει ως εξής: Ο ελεγκτής κλίσης δέχεται ως είσοδο την ορθή συνιστώσα της τάσης εξόδου και ανάλογα με την χαρακτηριστική κλίσης P V υπολογίζεται η επιθυμητή εγχεόμενη ισχύς από την μονάδα ΔΠ (P inj ). Κατόπιν, ο ελεγκτής παράγει στην έξοδο του μια τιμή, σύμφωνα με την οποία ελέγχεται ο αντιστροφέας, η οποία αντιστοιχεί στην θεμελιώδη αγωγιμότητα εισόδου του (g 1 ). Ο υπολογισμός της g 1 γίνεται σύμφωνα με την εξίσωση (2.8). Όπου ως υ x και υ y συμβολίζονται τα πλάτη των φασικών τάσεων ενώ θ x και θ y είναι οι αντίστοιχες γωνίες τους. g 1 = 3P inj υ x 2 +2 υ x υ y cos (θ x θ y 2π 3 ) x y (2.8) Από την εξίσωση (2.8) είναι εμφανές ότι η g 1 μεταβάλλεται ανάλογα με την επιθυμητή τιμή της εγχεόμενης ισχύος από την μονάδα ΔΠ. Ο αντιστροφέας ελέγχεται με τρόπο ώστε να προκύψουν τα ρεύματα των 3 φάσεων στην έξοδό του, η τιμή των οποίων θα δίνει την P inj. Παράλληλα η ΔΠ μεταβάλλει την παραγωγή της ώστε να διατηρείται σταθερή η τάση στον DC ζυγό. Τα ρεύματα εξόδου του αντιστροφέα υπολογίζονται από την εξίσωση (2.10), η οποία προκύπτει ως εξής. Αρχικά, λαμβάνοντας τις συμμετρικές συνιστώσες των ρευμάτων: i 0 i1 i 2 = g υ 0 υ 1 i 1 = g 1 υ 1 (2.9) υ 2 Έτσι, προκύπτουν από την εξίσωση (2.9), μέσω μετασχηματισμού, οι φασικές τιμές των ρευμάτων για τις 3 φάσεις και φαίνονται στην εξίσωση (2.10). 16

29 i a = 1 3 g 1[ υ a e j θ a + υ b e j (θ b +2π/3) + υ c e j (θ c 2π/3) ] i b = 1 3 g 1[ υ b e j θ b + υ a e j (θ a 2π/3) + υ c e j (θ c+2π/3) ] i c = 1 3 g 1[ υ c e j θ c + υ a e j (θ a +2π/3) + υ b e j (θ b 2π/3) ] (2.10) 17

30 3 Υλοποίηση του Ελέγχου στην Πλατφόρμα Προσομοίωσης Στην ενότητα 2.2 παρουσιάστηκε η μέθοδος APC με χαρακτηριστική κλίσης P(V). Στη συνέχεια θα εξεταστεί διεξοδικά η αποτελεσματικότητα της μεθόδου στα δίκτυα διανομής ΧΤ. Για τον σκοπό αυτό, προσομοιώνεται ένα δίκτυο ΧΤ, στις μονάδες του οποίου εφαρμόζεται η εξεταζόμενη τεχνική ελέγχου. Στο παρόν κεφάλαιο περιγράφεται η διαδικασία με την οποία θα γίνει αυτή η προσομοίωση. 3.1 Πλατφόρμα Προσομοίωσης (MATLAB-OpenDSS) Η υλοποίηση και η εφαρμογή της τεχνικής ελέγχου των μονάδων καθώς και ο σχεδιασμός του δικτύου θα γίνουν με τη βοήθεια της πλατφόρμας που αναπτύχθηκε στην [19]. Η πλατφόρμα αυτή, αναπτύχθηκε στα πλαίσια του Increase Project από μέλη του εργαστηρίου Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ) του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Ο σκοπός της είναι η προσομοίωση δικτύων διανομής, στα οποία υπάρχουν συνδεδεμένες μονάδες ΔΠ και στις οποίες εφαρμόζονται διάφορες στρατηγικές ελέγχου. Η πλατφόρμα συνίσταται από τον συνδυασμό δύο γνωστών λογισμικών, του MATLAB και του OpenDSS. Το 18

31 MATLAB χρησιμοποιείται για την υλοποίηση του ελέγχου των μονάδων ΔΠ, ενώ το OpenDSS χρησιμοποιείται για την επίλυση της ροής ισχύος (power flow) στο εκάστοτε δίκτυο OpenDSS Το Open Distribution System Simulator (OpenDSS) είναι ένα ολοκληρωμένο εργαλείο προσομοίωσης ΣΗΕ που χρησιμοποιείται κυρίως για την προσομοίωση δικτύων διανομής. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αυτόνομο πρόγραμμα (stand-alone software), ή να εκτελείται μέσω κάποιου άλλου λογισμικού, όπως για παράδειγμα το MATLAB. Η επικοινωνία του OpenDSS με το εξωτερικό πρόγραμμα γίνεται μέσω COM interface και ο χρήστης μπορεί από αυτό να εκτελέσει όλες τις λειτουργίες του OpenDSS, συμπεριλαμβανομένου και του σχεδιασμού του κυκλώματος [20]. Το OpenDSS δύναται να εκτελεί την επίλυση της ροής ισχύος σε ασύμμετρα δίκτυα. Ουσιαστικά, χρησιμοποιεί μοντέλα κυκλωμάτων στο πεδίο της συχνότητας (phase-domain) και υιοθετεί μοντελοποίηση του κυκλώματος που στηρίζεται στην αγωγιμότητα των στοιχείων. Κάθε στοιχείο του συστήματος μοντελοποιείται από έναν αρχικό πίνακα αγωγιμοτήτων (admittance matrix), ο οποίος στη συνέχεια συγχωνεύεται σε έναν μεγάλο πίνακα (Y), που αντιπροσωπεύει το σύνολο του συστήματος. Ο συγκεντρωτικός πίνακας Υ για μεγάλα δίκτυα διανομής είναι εν γένει αραιός πίνακας, καθώς κάθε ένας ζυγός του δικτύου είναι συνδεδεμένος με ελάχιστους ζυγούς. Συνολικά, το δίκτυο διανομής αντιπροσωπεύεται από ένα σύστημα εξισώσεων σύμφωνα με την εξίσωση (3.1): I = Y V (3.1) Το Ι υποδηλώνει τον πίνακα των εγχεόμενων ρευμάτων από τα στοιχεία που είναι συνδεδεμένα στο δίκτυο όπως, τα φορτία, οι γεννήτριες κ.α. Το V συμβολίζει τον πίνακα των φασικών-προς-γη τάσεων, των διάφορων ζυγών του δικτύου. Η ροή ισχύος υλοποιείται με την επίλυση της παραπάνω εξίσωσης μέσω επαναληπτικής διαδικασίας, ενώ ο εννοιολογικός σχεδιασμός της επίλυσης απεικονίζεται στο Σχήμα 6. Τέλος, το OpenDSS είναι ένα λογισμικό ελεύθερου κώδικα κάτι που δίνει τη δυνατότητα στον χρήστη να προσθέσει επιπλέον λειτουργίες προσαρμοσμένες σε 19

32 αυτόν, καθιστώντας έτσι το OpenDSS αρκετά ευέλικτο. Επιπλέον, συγκρινόμενο με άλλα λογισμικά υπερέχει ως προς την ακρίβεια των αποτελεσμάτων της επίλυσης της ροής ισχύος [19]. Σχήμα 6: Εννοιολογικός σχεδιασμός της επίλυσης της ροής ισχύος από το OpenDSS MATLAB Το MATLAB είναι ένα περιβάλλον που χρησιμοποιείται για αριθμητικούς υπολογισμούς, οπτικοποίηση των αποτελεσμάτων, αλλά και για προγραμματισμό καθώς αποτελεί μια γλώσσα υψηλού επιπέδου [21]. Στην πλατφόρμα, η χρήση του είναι να ενσωματώσει την τεχνική APC με χαρακτηριστική κλίσης P(V). Ουσιαστικά το MATLAB αποτελεί τον πυρήνα της πλατφόρμας, καθώς: Καθορίζει τις παραμέτρους τις προσομοίωσης. Δημιουργεί το αρχείο του δικτύου (.dss) που εισάγεται στο OpenDSS για την επίλυση της ροής ισχύος. Δημιουργεί την διεπαφή με το OpenDSS. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, υλοποιεί τον έλεγχο των μονάδων. Και τέλος, επεξεργάζεται τα αποτελέσματα της επίλυσης της ροής ισχύος. 20

33 3.1.3 Draw Για τον σχεδιασμό του δικτύου που θα προσομοιωθεί, χρησιμοποιήθηκε το γραφικό περιβάλλον του Draw. Το Draw είναι ένας γραφικός προ-επεξεργαστής που παρέχει τη δυνατότητα σχεδιασμού και εισαγωγής/εξαγωγής δεδομένων επιτρέποντας μια φιλική προς τον χρήστη δημιουργία και τροποποίηση του υπό μελέτη δικτύου [17]. Για την εισαγωγή των στοιχείων του δικτύου, όπως φορτία, ζυγοί, ΜΣ κ.α., το Draw στηρίζεται σε μοντέλα του SIMULINK [22]. Τα στοιχεία του Draw περιλαμβάνουν όλα τα βασικά στοιχεία ενός ΣΗΕ και φαίνονται στο Σχήμα 7. Σχήμα 7: Τα βασικά στοιχεία του Draw Πλεονεκτήματα πλατφόρμας Ο συνδυασμός των δύο βασικών λογισμικών της πλατφόρμας, του MATLAB και του OpenDSS, παρουσιάζει κάποια σημαντικά πλεονεκτήματα. Συγκεκριμένα παρέχει: 1) Ευελιξία στην υλοποίηση διαφόρων τεχνικών ελέγχου. 2) Ταχύτητα σχετικά με τους χρόνους προσομοίωσης. 3) Ακρίβεια στο αποτέλεσμα της προσομοίωσης. Αναφορικά με την προσομοίωση των ΣΗΕ σε στατικές καταστάσεις (steadystate), τα προγράμματα προσομοίωσης που κυκλοφορούν χωρίζονται σε δύο βασικές κατηγορίες: 21

34 Η πρώτη προσομοιώνει το δίκτυο, χρησιμοποιώντας αλγεβρικές εξισώσεις στο πεδίο της συχνότητας (phase-domain), παρουσιάζοντας έτσι μικρούς χρόνους στην προσομοίωση εκτεταμένων δικτύων. Σε αυτή την κατηγορία ανήκει το OpenDSS. Όμως η υλοποίηση τεχνικών ελέγχου, όπως αυτή που εξετάζεται εδώ, στο OpenDSS είναι αρκετά πολύπλοκη καθώς απαιτείται ανάπτυξη κώδικα σε γλώσσα προγραμματισμού χαμηλού επιπέδου [23]. Η δεύτερη κατηγορία προσομοιώνει το δίκτυο στο πεδίο του χρόνου χρησιμοποιώντας διαφορικές εξισώσεις ενώ, δίνει τη δυνατότητα υλοποίησης μεθόδων ελέγχου με πιο απλό τρόπο. Στην προσομοίωση εκτεταμένων δικτύων όμως η κατηγορία αυτή υστερεί, καθώς απαιτεί υπερβολικό χρόνο για την επίλυση της ροής ισχύος [19]. Στη δεύτερη κατηγορία ανήκει το MATLAB. Όπως προαναφέρθηκε, στην πλατφόρμα προσομοίωσης ο ρόλος του MATLAB έγκειται στην υλοποίηση των διαφόρων τεχνικών ελέγχου, ενώ το OpenDSS εκτελεί την επίλυση της ροής ισχύος. Έτσι, η πλατφόρμα συνδυάζει τους γρήγορους χρόνους επίλυσης που παρουσιάζει το OpenDSS, με την ευελιξία στην υλοποίηση τεχνικών ελέγχου που εμφανίζει το MATLAB. Αυτό την καθιστά ένα πολύ ισχυρό εργαλείο για την προσομοίωση εκτεταμένων δικτύων, όπου εφαρμόζονται παράλληλα τεχνικές ελέγχου των μονάδων ΔΠ. Όσον αφορά τα αποτελέσματα που εξάγονται από την επίλυση της ροής ισχύος στην πλατφόρμα, αποδεικνύεται ότι βρίσκονται σε αντιστοιχία με αυτά που προκύπτουν από γνωστά προγράμματα προσομοίωσης [19]. Μάλιστα, στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας, συγκρίθηκαν τα αποτελέσματα των τάσεων στους ζυγούς του υπό μελέτη δικτύου ύστερα από την επίλυση της ροής ισχύος, με τα αποτελέσματα από την προσομοίωση στο NEPLAN [24]. Τα αποτελέσματα της σύγκρισης φαίνονται στο Παράρτημα Α, από όπου προκύπτει ότι οι αποκλίσεις στις τιμές ήταν ελάχιστες, αποδεικνύοντας έτσι την ορθότητα των αποτελεσμάτων που παράγονται από την πλατφόρμα. 3.2 Περιγραφή της διαδικασίας προσομοίωσης Η αξιολόγηση της τεχνικής ελέγχου των μονάδων θα γίνει μέσω της προσομοίωσης ενός δικτύου στην πλατφόρμα [19]. Η διαδικασία της προσομοίωσης περιλαμβάνει κάποια διακριτά βήματα και υλοποιείται κατά βάση στο περιβάλλον του MATLAB. Σχηματικά η διαδικασία της προσομοίωσης παρατίθεται στο Σχήμα 8. 22

35 Έναρξη Αρχικοποίηση Απόκτηση δεδομένων Δίκτυο σχεδιασμένο στο Draw Εγγραφή δεδομένων Dss αρχείο Κύριο μέρος Τέλος Σχήμα 8: Διάγραμμα ροής της διαδικασίας προσομοίωσης Αρχικοποίηση: Στο αρχικό τμήμα της προσομοίωσης γίνονται οι απαιτούμενες προεργασίες για την εκτέλεση του κώδικα. Συγκεκριμένα: Δημιουργείται η διεπαφή με το OpenDSS. Προσδιορίζεται το είδος του ελέγχου που ενσωματώνεται σε κάθε μονάδα ΔΠ. Δηλαδή, είτε έλεγχός τους σύμφωνα με την χαρακτηριστική κλίσης P(V), είτε κανένας έλεγχος. 23

36 Τίθενται οι ρυθμίσεις της προσομοίωσης (ανοχή, μέγιστος αριθμός επαναλήψεων κ.α.). Απόκτηση δεδομένων: Αφού εκκινήσει το Simulink, αποκτώνται τα δεδομένα του δικτύου που έχει δημιουργηθεί στο γραφικό περιβάλλον του Draw. Συγκεκριμένα, τα δεδομένα του δικτύου αφορούν: τους ΜΣ και τους ζυγούς, τις γραμμές και τα καλώδια, τα φορτία και τις γεννήτριες, καθώς και όλες τις συνδέσεις μεταξύ τους. Στην συνέχεια, τα δεδομένα αυτά καταχωρούνται μετατρέπονται σε κατάλληλη μορφή για την μετέπειτα εισαγωγή τους στο OpenDSS. Εγγραφή δεδομένων: Σκοπός αυτής της διαδικασίας είναι η δημιουργία του αρχείου που εισάγεται στο OpenDSS (dss αρχείο). Τα δεδομένα του δικτύου επεξεργάζονται με κατάλληλο τρόπο, ώστε να εισαχθούν σε συμβατή μορφή στο dss αρχείο. Κύριο μέρος: Αυτό το τμήμα της προσομοίωσης είναι και το πιο ουσιώδες, καθώς εκτός από τον έλεγχο των μονάδων, εκτελείται η επίλυση της ροής ισχύος και επιπλέον, εξάγονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης. Η όλη διαδικασία αποτελείται από κάποια διακριτά βήματα τα οποία παρουσιάζονται μέσω διαγράμματος ροής στο Σχήμα 9. Πιο αναλυτικά: Βήμα 1: Αρχική επίλυση της ροής ισχύος. Η τοπολογία του δικτύου καθώς και τα λειτουργικά χαρακτηριστικά του, υπάρχουν ήδη στο dss αρχείο. Έτσι, σε αυτό το τμήμα της προσομοίωσης φορτώνονται τα δεδομένα που αφορούν την απαιτούμενη από τα φορτία ισχύ, όπως και την παραγόμενη από τις μονάδες ΔΠ. Κάθε μονάδα ΔΠ εγχέει αρχικά την μέγιστη διαθέσιμη ενεργό ισχύ P MPP, καθώς δεν έχει ενεργοποιηθεί ακόμα ο έλεγχος. Ως αποτελέσματα της επίλυσης της ροής ισχύος λαμβάνονται τα διανύσματα των φασικών τάσεων των τριών φάσεων και του ουδέτερου αγωγού, για όλους τους ζυγούς του δικτύου. 24

37 Εδώ θα πρέπει να αναφερθεί ότι η διαδικασία του ελέγχου είναι επαναληπτική. Ύστερα από τον έλεγχο και τον υπολογισμό της νέας εγχεόμενης ισχύος από τις μονάδες, επιλύεται ξανά η ροή της ισχύος. Το τέλος της διαδικασίας έρχεται όταν υπάρχει σύγκλιση στο αποτέλεσμα. Η αρχική επίλυση της ροής ισχύος είναι η απαρχή της διαδικασίας του ελέγχου (i = 1). Βήμα 2: Υπολογισμός της εγχεόμενης ενεργού ισχύος από τις μονάδες ΔΠ. Εδώ υλοποιείται ο έλεγχος των μονάδων ΔΠ σύμφωνα με την χαρακτηριστική κλίσης P(V). Όπως έχει ήδη αναφερθεί, λόγω των πλεονεκτημάτων που παρουσιάζει, ο έλεγχος υλοποιείται κατ αποκλειστικότητα στο MATLAB. 1. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της επίλυσης της ροής ισχύος της i ης επανάληψης, υπολογίζεται η ορθή συνιστώσα της τάσης στο σημείο κοινής σύνδεσης της κάθε μονάδας ΔΠ. Η τάση αυτή συμβολίζεται ως V i 1 1,j, όπου το j παίρνει τιμές από 1 έως τον συνολικό αριθμό των μονάδων του δικτύου. 2. Ανάλογα με την τιμή της V i 1 1,j, υπολογίζεται η ισχύς της μονάδας κατόπιν ελέγχου (P drooped,j ) σύμφωνα με την χαρακτηριστική κλίσης P V που περιγράφεται στην ενότητα 2.2 και απεικονίζεται στο Σχήμα Η χαρακτηριστική κλίσης P(V) συνίσταται από μια τμηματική συνάρτηση και αποτελείται από τρεις ξεχωριστές περιοχές. Έτσι, η μετάβαση μεταξύ των περιοχών σε δύο διαδοχικές επαναλήψεις της διαδικασίας, ενδέχεται να οδηγήσει σε αριθμητικές ταλαντώσεις των αποτελεσμάτων. Για την αποφυγή αυτών των ανεπιθύμητων ταλαντώσεων η νέα εγχεόμενη ισχύς της κάθε μονάδας (P i inj,j ), υπολογίζεται με βάση την ισχύ της προηγούμενης επανάληψης, P i 1 inj,j και έναν ολοκληρωτικό όρο, το k. Συνεπώς, η εξίσωση που δίνει τη νέα ισχύ που εγχέει η μονάδα στο δίκτυο είναι η εξής: P inj,j i = P inj,j i 1 + (P drooped,j P inj,j i 1 )/k (3.2) 25

38 Χαμηλή τιμή του k συνεπάγεται γρήγορη σύγκλιση αλλά και πιο έντονες αριθμητικές ταλαντώσεις. Στον αντίποδα, υψηλή τιμή του k οδηγεί σε πιο ευσταθές αποτέλεσμα, με αργή όμως σύγκλιση. Έτσι, επιλέγεται μια τιμή για να ισοσταθμίσει τα παραπάνω χαρακτηριστικά. Στην παρούσα υλοποίηση του ελέγχου επιλέχθηκε k = 5. Βήμα 3: Νέα επίλυση της ροής ισχύος. Λαμβάνοντας υπόψη τον πίνακα της νέας εγχεόμενη ισχύος των μονάδων P i inj, εκτελείται νέα επίλυση της ροής ισχύος από όπου προκύπτει και ο νέος πίνακας των τάσεων για όλους τους ζυγούς (V i ). Βήμα 4: Έλεγχος σύγκλισης. Για τον έλεγχο της σύγκλισης στο αποτέλεσμα, λαμβάνονται υπόψη και οι 3 συμμετρικές συνιστώσες της τάσης των ζυγών του δικτύου (V 0, V 1, V 2 ). Γίνεται σύγκριση ανάμεσα στις τάσεις της τελευταίας επανάληψης και της προηγούμενης αυτής. Εάν η απόλυτη τιμή της διαφοράς τους και για τις 3 συνιστώσες προκύψει μεγαλύτερη από μια τιμή, τότε η διαδικασία επιστρέφει στο Βήμα 2. Εάν όμως, η διαφορά προκύψει μικρότερη από αυτή την τιμή για όλους τους ζυγούς του δικτύου, τότε ικανοποιείται το αριθμητικό κριτήριο της σύγκλισης και έτσι τερματίζεται η διαδικασία της προσομοίωσης. Ως αποτελέσματα δε, λαμβάνονται αυτά που προέκυψαν στην τελευταία επανάληψη της διαδικασίας. Η τιμή της ανοχής όσον αφορά το κριτήριο σύγκλισης ελήφθη στην παρούσα διπλωματική ως 0.01 V. Το κριτήριο σύγκλισης συνοψίζεται στην εξίσωση (3.3). V i 0 V i 1 0 < 0.01 και V i 1 V i 1 1 < 0.01 (3.3) και V i 2 V i 1 2 <

39 Στο Σχήμα 9 παρατίθεται διάγραμμα ροής για την οπτικοποίηση και την καλύτερη κατανόηση της διαδικασίας του ελέγχου. Με γαλάζιο χρώμα φαίνονται οι διαδικασίες που εκτελεί το MATLAB ενώ, με πράσινο αυτές που εκτελεί το OpenDSS. Έναρξη Βήμα 1 Φόρτωση δεδομένων του δικτύου (παραγωγή, κατανάλωση) Αρχική επίλυση της ροής ισχύος (i=1) Εξαγωγή των τάσεων i = i+1 1. Υπολογισμός της ορθής συνιστώσας της τάσης, για κάθε μονάδα ΔΠ Βήμα 2 2. Προσδιορισμός της εγχεόμενης ισχύος της κάθε μονάδας σύμφωνα με την χαρακτηριστική κλίσης P(V) 3. Υπολογισμός της νέας εγχεόμενης ισχύος με βάση την ισχύ στην προηγούμενη επανάληψη Βήμα 3 Νέα επίλυση της ροής ισχύος χρησιμοποιώντας τις ισχείς από το προηγούμενο βήμα ΟΧΙ Έλεγχος σύγκλισης Βήμα 4 ΝΑΙ Εξαγωγή αποτελεσμάτων Τέλος Σχήμα 9: Διάγραμμα ροής της διαδικασίας του ελέγχου 27

40 4 Αξιολόγηση της Τεχνικής Ελέγχου 4.1 Περιγραφή της μεθοδολογίας αξιολόγησης Παρακάτω περιγράφεται η μεθοδολογία που θα ακολουθηθεί με στόχο την αξιολόγηση της τεχνικής ελέγχου P(V) που περιγράφηκε στα προηγούμενα κεφάλαια Κριτήριο αξιολόγησης Βασικός σκοπός μιας εγκατάστασης μονάδων ΔΠ από λειτουργικής άποψης, είναι η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η ικανότητα μιας μονάδας ΔΠ να παράγει ενέργεια εξαρτάται από την συνολική εγκατεστημένη ισχύ της. Συνεπώς, η τεχνική ελέγχου P(V) αξιολογείται αρχικά, με βασικό κριτήριο: το κατά πόσο με την εφαρμογή της μπορεί να αυξηθεί η συνολική εγκατεστημένη ισχύς των μονάδων ΔΠ, λαμβάνοντας όμως παράλληλα υπόψη και τους τεχνικούς περιορισμούς που τίθενται. 28

41 4.1.2 Σύστημα αξιολόγησης Για τον σκοπό της αξιολόγησης της τεχνικής ελέγχου εξετάζεται η δυνατότητα αύξησης της διείσδυσης της ΔΠ σε δίκτυα ΧΤ με εγκατεστημένες μονάδες ΔΠ, όταν σε αυτές εφαρμόζεται έλεγχος σύμφωνα με την χαρακτηριστική κλίσης P(V). Για την εξαγωγή συμπερασμάτων με όσο το δυνατόν πιο γενικευμένο χαρακτήρα από την αξιολόγηση, η εξέταση γίνεται με την εξής μεθοδολογία. Προσομοιώνεται ένα συγκεκριμένο δίκτυο ΧΤ και εξετάζεται η συμπεριφορά του σε αρκετές διαφορετικές καταστάσεις λειτουργίας. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω της παραμετρικής ανάλυσης του δικτύου, λαμβάνοντας ως παραμέτρους κάποια χαρακτηριστικά μεγέθη. Τα μεγέθη αυτά είναι: 1) Ο συνολικός αριθμός των μονάδων ΔΠ, 2) η κατανομή της θέσης τους στο δίκτυο και 3) η κατανομή της εγκατεστημένης ισχύος των μονάδων, ως ποσοστό της συνολικής εγκατεστημένης. Έτσι, με την ανάλυση αυτή αξιολογείται η δυνατότητα αύξησης της διείσδυσης της ΔΠ σε ένα δίκτυο ΧΤ, για διαφορετικούς αριθμούς μονάδων στο δίκτυο και διαφορετικές κατανομές της θέσης και της εγκατεστημένης ισχύος τους. Συγκεκριμένα, η ανάλυση γίνεται για αριθμό μονάδων από χαμηλές έως πολύ υψηλές διεισδύσεις της ΔΠ στο δίκτυο, δίνοντας μια πραγματική προσέγγιση της υφιστάμενης κατάστασης στα δίκτυα ΧΤ. Για κάθε αριθμό μονάδων, η διερεύνηση περιλαμβάνει 10 διαφορετικές κατανομές της θέσης τους στο δίκτυο. Ενώ για κάθε κατανομή της θέσης τους, εξετάζονται 10 διαφορετικές κατανομές της ισχύος αναμεταξύ των μονάδων, ως ποσοστό στην συνολική εγκατεστημένη. Δηλαδή, για κάθε αριθμό μονάδων εξετάζονται 100 διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας του δικτύου. Το σύνολο των εξεταζόμενων περιπτώσεων απεικονίζεται στον Σχήμα 10. Η κατανομή της θέσης των μονάδων και της ισχύος τους ως ποσοστό της συνολικής εγκατεστημένης, γίνεται με τυχαίο τρόπο. Με τη χρήση τυχαίας κατανομής, τα αποτελέσματα από την διερεύνηση αποκτούν μια γενική ισχύ όσον αφορά το εξεταζόμενο δίκτυο. Η χρήση μιας ντετερμινιστικής λειτουργίας του δικτύου θα παρήγαγε συμπεράσματα περιορισμένης εφαρμογής, καθώς αυτά θα επηρεαζόταν από τον ορισμό των παραμέτρων που θα είχαν τεθεί. 29

42 Κατανομή της θέσης Κατανομή της ισχύος κατανομές της ισχύος Αριθμός μονάδων: N1 10 κατανομές της θέσης των μονάδων... Κατανομή της θέσης Κατανομή της ισχύος Κατανομή της ισχύος κατανομές της ισχύος Κατανομή της ισχύος Κατανομή της θέσης Κατανομή της ισχύος κατανομές της ισχύος Αριθμός μονάδων: N2 10 κατανομές της θέσης των μονάδων... Κατανομή της θέσης Κατανομή της ισχύος Κατανομή της ισχύος κατανομές της ισχύος Κατανομή της ισχύος... Αριθμός μονάδων: N3 10 κατανομές της θέσης των μονάδων Κατανομή της θέσης... Κατανομή της θέσης Κατανομή της ισχύος... Κατανομή της ισχύος Κατανομή της ισχύος κατανομές της ισχύος 10 κατανομές της ισχύος Κατανομή της ισχύος Σχήμα 10: Εξεταζόμενες συνθήκες του δικτύου 30

43 Οι περιορισμοί που τίθενται στην παραμετρική ανάλυση είναι οι εξής: 1) Σχετικά με τον αριθμό των μονάδων: Ο ελάχιστος και ο μέγιστος αριθμός μονάδων ΔΠ που υπάρχουν στο δίκτυο αντιστοιχεί στο 35 % έως 85 % του συνολικού αριθμού των ζυγών του. 2) Όσον αφορά τη θέση των μονάδων: Σε κάθε ζυγό του δικτύου να είναι συνδεδεμένη το πολύ μια μονάδα ΔΠ. Να μην επιτρέπεται η σύνδεση μονάδας ΔΠ στον ζυγό ΥΤ του ΜΣ. 3) Σχετικά με την ισχύ τους: Να μην υπάρχει μεγάλη ανισοκατανομή της ισχύος αναμεταξύ των μονάδων. Συγκεκριμένα, ο λόγος της μονάδας που παρέχει το μεγαλύτερο ποσοστό ισχύος προς αυτήν που παρέχει το μικρότερο, να μην ξεπερνάει το 3. H παραδοχή αυτή ελήφθη ώστε να δοθεί μια ρεαλιστική προσέγγιση της απόκλισης που παρουσιάζει η εγκατεστημένη ισχύς σε κάποιους τύπους μονάδων ΔΠ Τεχνικοί περιορισμοί της περαιτέρω διείσδυσης Όπως έχει περιγραφεί αναλυτικά στα κεφάλαια που προηγήθηκαν, ο κύριος περιοριστικός παράγοντας της έγχυσης ενεργού ισχύος από μονάδες ΔΠ στο δίκτυο, είναι η ανύψωση της τάσης. Η ανύψωση αυτή πρέπει να περιορίζεται σε κάποια επιτρεπτά όρια όπως ορίζεται από τον κανονισμό EN 50160:2010. Σε ένα δίκτυο χαμηλής τάσης όπου δεν εφαρμόζεται κανένας έλεγχος στις μονάδες, η τάση σε κάποιο σημείο του ενδέχεται να ξεπεράσει το 1.1 p.u. Σε αυτή την περίπτωση, κατ απαίτηση του διαχειριστή του συστήματος, πρέπει να σταματήσει η λειτουργία των μονάδων, ώστε να προληφθεί η περαιτέρω αύξηση της τάσης. Έτσι, ανεξάρτητα με την διαθεσιμότητα ενέργειας από την πρωτογενή πηγή (π.χ. αέρας, ηλιακή ακτινοβολία κτλ.), οι μονάδες εγχέουν μηδενική ισχύ προς το δίκτυο. Με τον έλεγχο των μονάδων μετράται τοπικά η τάση και με την εφαρμογή της χαρακτηριστική κλίσης P V περιορίζεται η εγχεόμενη ισχύς, ώστε να αποφευχθούν οι υπερτάσεις. Έτσι, με την εφαρμογή της τεχνικής ελέγχου των μονάδων ο 31