Βελτίωση της ικανότητας αδιάλειπτης λειτουργίας Α/Γ με μετατροπείς ισχύος σε σφάλματα δικτύων διανομής μέσω της χρήσης υπερπυκνωτών

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Βελτίωση της ικανότητας αδιάλειπτης λειτουργίας Α/Γ με μετατροπείς ισχύος σε σφάλματα δικτύων διανομής μέσω της χρήσης υπερπυκνωτών Γκαβανούδης Ι. Σπύρος Διπλ. Ηλεκτρολόγος Μηχανικός & Μηχανικός Υπολογιστών ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 214

2

3 Βελτίωση της ικανότητας αδιάλειπτης λειτουργίας Α/Γ με μετατροπείς ισχύος σε σφάλματα δικτύων διανομής μέσω της χρήσης υπερπυκνωτών Γκαβανούδης Ι. Σπύρος Διπλ. Ηλεκτρολόγος Μηχανικός & Μηχανικός Υπολογιστών ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ Εξεταστική Επιτροπή: Επικ. Καθηγητής Χαράλαμπος Δημουλιάς, Επιβλέπων Καθηγητής Δημήτριος Λαμπρίδης, Μέλος Τριμελούς Συμβουλευτικής Επιτροπής Αν. Καθηγητής Γρηγόριος Παπαγιάννης, Μέλος Τριμελούς Συμβουλευτικής Επιτροπής Καθηγητής Εμμανουήλ Τατάκης, Εξεταστής Επικ. Καθηγητής Χρήστος Μαδεμλής, Εξεταστής Λέκτορας Γεώργιος Ανδρέου, Εξεταστής Λέκτορας Μηνάς Αλεξιάδης, Εξεταστής ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 214

4 ii

5 iii Αφιερώνεται στην οικογένειά μου

6 iv

7 v ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η συνεχώς αυξανόμενη αιολική διείσδυση στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας, θέτει προκλήσεις στο σχεδιασμό των αιολικών μονάδων παραγωγής, ώστε να μπορέσουν να εναρμονιστούν με τις νέες αυστηρές απαιτήσεις των σύγχρονων κωδίκων δικτύου. 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

8 vi 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.

9 vii ABSTRACT As wind power penetration levels into modern electric power systems are increasing, many countries have developed or revised their grid operating codes for wind farms. Lately developed grid codes require the wind turbine generators (WTGs) to possess Fault Ride Through (FRT) capabilities, as well as provide ancillary services, traditionally offered by the conventional power generation units. The integration of Energy Storage Systems (ESS) in wind power units can provide continuity to wind power generation during grid disturbances and improve the overall performance of wind parks. Moreover, in addition to the increasing number of the grid connected wind power installations, the supply of islanded networks by wind turbines is gaining considerable interest. This is also favored by the development of microgrids, as power systems with the ability to operate both grid connected and islanded. The scope of this PhD dissertation is to improve the ability of WTGs to ride through faults and voltage sags, by employing supercapacitor ESS. Two types of variable speed wind turbines generators are examined; the direct driven full converter generators and the doubly fed induction generators (DFIGs) with partially rated power converter systems. The dissertation is structured in three main parts. The first part focuses on the control design of a supercapacitor energy storage system (SCESS), integrated in a full converter driven WTG, in order to ride through grid faults and selectively attenuate medium frequency wind power fluctuations. A proposed control algorithm, ensures that the power smoothing operation will not affect the fault ride through ability of the WTG, by maintaining the State of Charge (SoC) of the supercapacitor within an optimum range. Analytical expression for the sizing of the SCESS, according to the FRT and power smoothing requirements are also proposed. Finally, the developed power smoothing method is applied in a WTG, operating within a weak autonomous grid along with a conventional synchronous generator. It is shown that the penetration of WTGs in weak electrical grids can be increased, due to the reduction of frequency deviations caused by fluctuating wind power. In the second part of this dissertation, the operation of a DFIG within isolated power systems is examined. A new control strategy for the DFIG, accomplished by a Dynamic Voltage Restorer (DVR) and a SCESS, in order to ride through symmetrical and asymmetrical faults, is proposed. During faults, the DFIG continues to operate normally, while the surplus of power is stored in the SCESS. During asymmetrical faults, the DFIG and the DVR are properly controlled in order to feed the non faulty phases uninterruptedly. When integrated in a power system with conventional synchronous generators, the proposed FRT control strategy improves the FRT capability of a DFIG, while providing frequency and voltage support to the system, throughout the fault duration. Thus, the transient stability of the power system is significantly improved.

10 viii In the third part, the grid connected operation of an inverter based microgrid is examined. Particularly, a control strategy for improving the ability of the microgrid to ride though symmetrical and asymmetrical grid voltage sags is proposed. The microgrid is formed of several Distributed Energy Resources (DERs), which utilize WTGs as primary energy source, each combined with a SCESS. During balanced and unbalanced grid voltage sags, the proposed control strategy maintains the microgrid grid connected, while providing local load with a high quality voltage profile. The proposed control strategy is complemented by properly sized inductances at the point of common coupling between the microgrid and the utility grid. The inductances provide decoupling between the utility grid voltage and the microgrid voltage. All DERs are controlled to support the voltage by injecting reactive power, without any physical communication among them. During unbalanced grid voltage conditions, the DERs operate collectively in order to compensate the undesirable negative and zero sequence voltage components. Thus, a balanced set of three phase voltages is provided within the microgrid. In this dissertation, PSim simulation software has been used to develop detailed power and control circuit models, in order to verify the effectiveness of the proposed control strategies.

11 ix Ευχαριστίες Με τη συγγραφή της διδακτορικής μου διατριβής ολοκληρώνεται ένα πολύ σημαντικό κομμάτι της ζωής μου. Αναλογιζόμενος όλα αυτά τα χρόνια, νιώθω την ανάγκη να ευχαριστήσω ολόψυχα όλους αυτούς τους ανθρώπους που με στήριξαν. Αρχικά, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα Καθηγητή μου κ. Χάρη Δημουλιά, για την ανάθεση του θέματος, και τη συνεχή καθοδήγηση που μου παρείχε. Η εκτίμησή μου προς το πρόσωπό του είναι απεριόριστη για την ηθική και επιστημονική του υποστήριξη, κατά την εκπόνηση της διδακτορικής μου διατριβής. Οι συμβουλές του σε θέματα ερευνητικά και μη, υπήρξαν πάντοτε πολύτιμες και η σιγουριά του μου έδινε δύναμη για την αντιμετώπιση των δυσκολιών που προέκυπταν. Ευχαριστώ θερμά τους Καθηγητές μου κ. Δημήτριο Λαμπρίδη και κ. Γρηγόριο Παπαγιάννη, μέλη της τριμελούς συμβουλευτικής επιτροπής, για τις χρήσιμες συμβουλές τους και τις καίριες παρατηρήσεις τους. Ιδιαίτερα θα ήθελα να ευχαριστήσω και τον Καθηγητή μου κ. Χρήστο Μαδεμλή, ο οποίος πρόθυμα μου προσέφερε τη βοήθειά του, όποτε του ζητήθηκε. Ευχαριστώ όλα τα μέλη των εργαστηρίων Ηλεκτρικών Μηχανών και ΣΗΕ, για το κλίμα συνεργασίας που μου παρείχαν και το φιλικό περιβάλλον που αναπτύχθηκε όλα αυτά τα χρόνια. Ειδικότερα θα ήθελα να αναφερθώ σε δύο συναδέλφους, υποψήφιους διδάκτορες, μα πάνω απ όλα καλούς φίλους, τον Κωνσταντίνο Ουρεïλίδη και τον Παναγιώτη Παπαδόπουλο, οι οποίοι βρίσκονταν συνεχώς δίπλα μου και πρόθυμα μου προσέφεραν τη συμπαράστασή τους και τις επιστημονικές τους γνώσεις, ώστε να ανταπεξέλθω στις απαιτήσεις μιας τέτοιας ερευνητικής προσπάθειας. Θα ήθελα επίσης να ευχαριστήσω τους υπόλοιπους φίλους μου, για τις όμορφες στιγμές που ζήσαμε όλα αυτά τα χρόνια και τη στήριξή τους σε κάθε δυσκολία. Περισσότερο απ όλους θέλω να ευχαριστήσω τους γονείς μου Γιάννη και Κερασία και τον αδερφό μου Πασχάλη, στους οποίους αφιερώνεται αυτή η εργασία. Χωρίς την αγάπη και την πολύπλευρη στήριξή τους δε θα τα είχα καταφέρει.

12 x

13 xi ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ... v ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ... ix ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Εισαγωγή Σύγχρονα ΣΗΕ και αιολική ενέργεια Αντικείμενο και σκοπός της διατριβής Α/Γ τύπου Δ Α/Γ Τύπου Γ Μικροδίκτυα με Α/Γ τύπου Δ... 8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Κώδικες δικτύου Εισαγωγή Αντοχή σε βυθίσεις της τάσης και απόκριση σε καταστάσεις σφαλμάτων στο δίκτυο Απαιτήσεις ελέγχου τάσης και αέργου ισχύος Απαιτήσεις ελέγχου συχνότητας και ενεργού ισχύος Σύνοψη Συμπεράσματα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Τύποι ανεμογεννητριών Εισαγωγή Α/Γ σταθερής ταχύτητας με επαγωγική γεννήτρια βραχυκυκλωμένου κλωβού (Τύπος Α) Α/Γ με επαγωγική γεννήτρια δακτυλιοφόρου δρομέα και χρήση εξωτερικών αντιστάσεων στο δρομέα (Τύπος Β) Α/Γ μεταβλητής ταχύτητας με επαγωγική γεννήτρια διπλής τροφοδότησης (Τύπος Γ) Α/Γ μεταβλητής ταχύτητας με πλήρη μετατροπέα ισχύος (Τύπος Δ) Σύνοψη Συμπεράσματα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Αιολική ενέργεια και συστήματα αποθήκευσης Εισαγωγή Ανασκόπηση μέσων αποθήκευσης ενέργειας Στρεφόμενοι σφόνδυλοι (Flywheels) Υπερπυκνωτές (Supercapacitors/Ultracapacitors) Υπεραγώγιμη μαγνητική αποθήκευση ενέργειας (SMES) Αξιολόγηση και επιλογή μέσου αποθήκευσης Σύνοψη Συμπεράσματα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Αποθήκευση ενέργειας σε Α/Γ τύπου Δ για τη βελτίωση της ικανότητας αντοχής σε σφάλματα και την εξομάλυνση της ισχύος Εισαγωγή... 37

14 xii 5.2. Έλεγχος μετατροπέα στην πλευρά της μηχανής Μοντέλο σύγχρονης γεννήτριας με ηλεκτρική διέγερση Διανυσματικός έλεγχος σύγχρονης γεννήτριας Μοντέλο επαγωγικής γεννήτριας τύπου κλωβού Διανυσματικός έλεγχος επαγωγικής γεννήτριας Έλεγχος μετατροπέα στην πλευρά του δικτύου Σύστημα αποθήκευσης με υπερπυκνωτή Έλεγχος συστήματος αποθήκευσης Υπολογισμός χωρητικότητας υπερπυκνωτή Ελεγκτής Διαχείρισης Ισχύος Ανίχνευση βυθίσεων της τάσης του δικτύου Έλεγχος του διακόπτη διασύνδεσης με το δίκτυο Σήματα αναφοράς της ισχύος του μετατροπέα στην πλευρά του δικτύου Έλεγχος φόρτισης/εκφόρτισης του υπερπυκνωτή Επανασύνδεση στο δίκτυο Διερεύνηση ικανότητας αδιάλειπτης λειτουργίας σε συμμετρικές βυθίσεις της τάσης του δικτύου Διερεύνηση ικανότητας αδιάλειπτης λειτουργίας σε συμμετρικές βυθίσεις της τάσης του δικτύου με αποσύνδεση της Α/Γ Διερεύνηση ικανότητας εξομάλυνσης ισχύος (ημιτονοειδής διακύμανση) Διερεύνηση ικανότητας εξομάλυνσης ισχύος (στοχαστική διακύμανση) Εξομάλυνση ισχύος Α/Γ τύπου Δ σε αυτόνομο δίκτυο με συμβατική μονάδα παραγωγής Συμβατική μονάδα παραγωγής με σύγχρονη γεννήτρια Σύστημα ρύθμισης στροφών Σύστημα διέγερσης Αποτελέσματα προσομοίωσης αυτόνομου δικτύου με Α/Γ τύπου Δ και συμβατική μονάδα παραγωγής Σύνοψη Συμπεράσματα... 9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Βελτίωση ικανότητας αδιάλειπτης λειτουργίας Α/Γ τύπου Γ σε μη διασυνδεδεμένα δίκτυα Εισαγωγή Επαγωγική Γεννήτρια Διπλής Τροφοδότησης Γενικά Μοντέλο ΕΓΔΤ στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας Δυναμικό μοντέλο ΕΓΔΤ... 98

15 xiii Η ισχύς στο dq πλαίσιο αναφοράς Συμπεριφορά ΕΓΔΤ σε βυθίσεις της τάσης Λόγος τυλιγμάτων ΕΓΔΤ Σύστημα ελέγχου ΕΓΔΤ Γενικά Έλεγχος συστήματος μετατροπέων Μετατροπέας στην πλευρά του δρομέα (RSC) Μετατροπέας στην πλευρά του δικτύου (LSC) Περιγραφή συστήματος στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας Αυτόνομη λειτουργία (Stand alone Operation) Παράλληλη λειτουργία με σύγχρονη γεννήτρια (Parallel Operation) Έλεγχος συστήματος σε συμμετρικά και ασύμμετρα σφάλματα Ανίχνευση βυθίσεων τάσης Δυναμικός Επανορθωτής Τάσης (DVR) Μετατροπέας στην πλευρά του δρομέα (RSC) Μετατροπέας στην πλευρά του δικτύου (LSC) Σύστημα αποθήκευσης με υπερπυκνωτή Μεταβατική συμπεριφορά σύγχρονης γεννήτριας σε ασύμμετρα βραχυκυκλώματα Διερεύνηση της ικανότητας αδιάλειπτης λειτουργίας σε συμμετρικά και ασύμμετρα σφάλματα κατά την αυτόνομη λειτουργία Τριφασικό βραχυκύκλωμα προς γη (R F =2mΩ) Μονοφασικό βραχυκύκλωμα προς γη (R F=2mΩ) Τριφασικό βραχυκύκλωμα προς γη με μεγάλη αντίσταση σφάλματος (R F =2Ω) Διερεύνηση της ικανότητας αδιάλειπτης λειτουργίας σε ασύμμετρα σφάλματα κατά την παράλληλη λειτουργία με σύγχρονη γεννήτρια Μονοφασικό βραχυκύκλωμα προς γη στο φορτίο Διφασικό βραχυκύκλωμα στο φορτίο Διφασικό βραχυκύκλωμα κοντά στη σύγχρονη γεννήτρια Σύνοψη Συμπεράσματα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 Αδιάλειπτη λειτουργία μικροδικτύου με Α/Γ τύπου Δ και συστήματα αποθήκευσης με υπερπυκνωτές Εισαγωγή Τοπολογία μικροδικτύου Απαιτήσεις αδιάλειπτης λειτουργίας Σύστημα ελέγχου

16 xiv Μετατροπέας στην πλευρά της μηχανής Μετατροπέας στην πλευρά του δικτύου Συμμετρική βύθιση της τάσης Ασύμμετρη βύθιση της τάσης Διαστασιολόγηση διάταξης αυτεπαγωγών Σύστημα αποθήκευσης με υπερπυκνωτή Αποτελέσματα προσομοίωσης για συμμετρική βύθιση της τάσης Αποτελέσματα προσομοίωσης για ασύμμετρη βύθιση της τάσης Σύνοψη Συμπεράσματα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 Συμπεράσματα, πρωτότυπη συμβολή και μελλοντική έρευνα Ανασκόπηση της διατριβής Συμβολή της διατριβής Μελλοντική έρευνα ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Π1. Έλεγχος ρεύματος με ζώνη υστέρησης Π2. PLL υπολογισμού γωνίας και συχνότητας Π3. Μετασχηματισμός του Park Στρεφόμενα πλαίσια αναφοράς Π4. Μοντέλα φορτίων Π5. Παράμετροι Κεφαλαίου Π5.1. Μοντελοποίηση δικτύου Π5.2. Κώδικας Simple Moving Average Π6. Παράμετροι Κεφαλαίου Π7. Παράμετροι Κεφαλαίου Βιβλιογραφία

17 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Εισαγωγή 1.1. Σύγχρονα ΣΗΕ και αιολική ενέργεια Η παραδοσιακή δομή των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας (ΣΗΕ) περιλαμβάνει μεγάλους σταθμούς παραγωγής, οι οποίοι τροφοδοτούν την ισχύ τους στα απομακρυσμένα κέντρα κατανάλωσης, μέσω των δικτύων μεταφοράς και διανομής. Συνεπώς, όλες οι βασικές λειτουργίες ελέγχου και ρύθμισης των παραμέτρων του δικτύου επιτελούνται από τις συμβατικές μονάδες, όπου η χρήση ορυκτών καυσίμων επιτρέπει τον προγραμματισμό της παραγωγής. Τις τελευταίες δεκαετίες, υπάρχει σε παγκόσμιο επίπεδο μία αυξανόμενη ανάγκη για περισσότερη ενέργεια, η οποία όμως πρέπει να είναι «καθαρότερη» από την ενέργεια που παράγουν οι συμβατικές μονάδες παραγωγής. Η ανάγκη αυτή ευνοεί την εκμετάλλευση μορφών ενέργειας φιλικών προς το περιβάλλον. Ωστόσο, η ένταξη μονάδων παραγωγής που εκμεταλλεύονται ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, θέτει σημαντικές προκλήσεις για την ασφαλή και αξιόπιστη λειτουργία των σύγχρονων ηλεκτρικών δικτύων. Η αιολική ενέργεια αποτελεί μία από τις δημοφιλέστερες μορφές ανανεώσιμων πηγών, με συνεχώς αυξανόμενα επίπεδα αξιοποίησης. Παρότι πρόκειται για καθαρή μορφή ενέργειας, τα χαρακτηριστικά της ίδιας της φύσης του ανέμου εισάγουν περιορισμούς στην ευρεία διείσδυση των αιολικών μονάδων παραγωγής στα ηλεκτρικά δίκτυα. Ο άνεμος, όπως και οι περισσότερες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, μεταβάλλεται συνεχώς με το χρόνο, κατά τρόπο απρόβλεπτο. Καθώς η ισχύς που παράγεται από μία ανεμογεννήτρια είναι ανάλογη του κύβου της ταχύτητας του ανέμου, μία μικρή μεταβολή στην ταχύτητα, προκαλεί σημαντική μεταβολή στην παραγόμενη ισχύ. Αναλύοντας τις διακυμάνσεις της ταχύτητας του ανέμου στο πεδίο της συχνότητας, διαπιστώνεται ότι περιέχουν ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων. Το μέγεθος και η πιθανότητα εμφάνισης κάθε συχνότητας εξαρτώνται από τη γεωγραφική θέση εγκατάστασης της αιολικής μονάδας. Οι διακυμάνσεις χαμηλής συχνότητας (μικρότερες από.1hz) είναι οι πιο συχνές και μπορεί να εμφανιστούν οποιαδήποτε στιγμή, ημέρα ή εποχή του χρόνου. Με βάση αυτές τις διακυμάνσεις, υλοποιούνται οι στρατηγικές μέγιστης απολαβής ισχύος από τον άνεμο (Maximum Power Point Tracking MPPT) στα σύγχρονα αιολικά συστήματα. Οι διακυμάνσεις του ανέμου σε υψηλές συχνότητες (μεγαλύτερες από 1Hz) δεν εμφανίζονται συνήθως στην ισχύ εξόδου, καθώς αποσβέννυνται από την αδράνεια του συστήματος των Α/Γ. Τα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας παρουσιάζουν μεγαλύτερη ευαισθησία σε διακυμάνσεις του ανέμου στις μεσαίες συχνότητες (.1Hz 1Hz) [1], [2]. Όσο τα επίπεδα διείσδυσης των μονάδων αιολικής παραγωγής παραμένουν χαμηλά, οι διακυμάνσεις αυτές

18 2 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 δεν αποτελούν πρόβλημα για το δίκτυο, αφού εξισορροπούνται από τις συμβατικές μονάδες παραγωγής. Σε συνθήκες χαμηλής αιολικής διείσδυσης, τα αιολικά πάρκα αντιμετωπίζονται ως «αρνητικά» φορτία και δεν απαιτείται η συμμετοχή τους στον έλεγχο των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Επιπλέον, στη διάρκεια διαταραχών, επιτρέπεται ή ακόμη και επιβάλλεται η αποσύνδεση των αιολικών πάρκων από το δίκτυο. Η συγκεκριμένη πρακτική εφαρμόζεται για λόγους προστασίας των Α/Γ, αλλά και ομαλής λειτουργίας των μέσων προστασίας του δικτύου [3]. Με την αυξανόμενη διείσδυση της αιολικής ενέργειας στα ηλεκτρικά δίκτυα και τη σταδιακή αντικατάσταση συμβατικών μονάδων παραγωγής από αιολικά πάρκα, ανέκυψαν σοβαρά ζητήματα για τη διασύνδεση και λειτουργία των μονάδων αιολικής παραγωγής. Η αποσύνδεση των Α/Γ από το δίκτυο, σε περιπτώσεις σφαλμάτων, δεν αποτελεί πλέον επιλογή, αφού τίθενται ζητήματα κάλυψης του φορτίου. Επιπλέον οι διακυμάνσεις της ισχύος των αιολικών πάρκων δε μπορούν πλέον εύκολα να εξισορροπηθούν από τους συμβατικούς σταθμούς παραγωγής, με αποτέλεσμα μεταβολές στην τάση και στη συχνότητα του δικτύου. Η εγκατάσταση αιολικών πάρκων με ισχύ συγκρίσιμη των συμβατικών μονάδων παραγωγής, οδήγησε τους διαχειριστές των δικτύων χωρών με υψηλά επίπεδα αιολικής διείσδυσης, στην αναθεώρηση των όρων και τεχνικών απαιτήσεων για τη διασύνδεσή τους [4]. Οι νέοι κώδικες δικτύου εισάγουν απαιτήσεις για λειτουργίες ελέγχου και ρύθμισης της ισχύος, παρόμοιες με αυτές που διέπουν τη λειτουργία των συμβατικών σταθμών παραγωγής. Ζητήματα όπως ο έλεγχος της συχνότητας και της τάσης του δικτύου, η δυναμική ευστάθεια, αλλά και η ικανότητα για αδιάλειπτη λειτουργία σε συνθήκες βύθισης της τάσης (Fault Ride Through FRT), αποτελούν ορισμένες από τις απαιτήσεις που πρέπει να ικανοποιούνται από τα αιολικά πάρκα. Παράλληλα με την αύξηση των μονάδων αιολικής παραγωγής, που λειτουργούν διασυνδεδεμένα με το κυρίως δίκτυο, η τροφοδότηση αυτόνομων ή νησιωτικών δικτύων από αιολικά πάρκα, προσελκύει ολοένα αυξανόμενο ενδιαφέρον. Σε αυτό συντελούν οι ευνοϊκές μετεωρολογικές συνθήκες χωρών, όπως η Ελλάδα με το ισχυρό αιολικό δυναμικό των νησιών. Επιπλέον, τα τελευταία χρόνια παρατηρείται ένα έντονο ερευνητικό ενδιαφέρον για τα λεγόμενα «μικροδίκτυα» [5]. Πρόκειται για δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας, που αποτελούν μέρος του κυρίως δικτύου, αλλά έχουν τη δυνατότητα να λειτουργούν και αυτόνομα, αν παραστεί ανάγκη. Η τροφοδότηση των μικροδικτύων γίνεται κυρίως από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, των οποίων η διασύνδεση πραγματοποιείται μέσω μετατροπέων ισχύος. Κατά την τροφοδότηση αυτόνομων δικτύων από αιολικά πάρκα, τίθενται σημαντικά ζητήματα αξιοπιστίας και ασφάλειας, αφού θεμελιώδεις λειτουργίες ελέγχου και ρύθμισης αποτελούν βασικές αρμοδιότητες των Α/Γ. Η τάση και η συχνότητα του δικτύου πρέπει να ρυθμίζονται από τις αιολικές μονάδες και να διατηρούνται εντός των προδιαγεγραμμένων ορίων λειτουργίας. Ωστόσο, σε ένα αυτόνομο δίκτυο, προβλήματα που προκύπτουν από την εκμετάλλευση του ανέμου, τείνουν να μεγεθυνθούν. Απαιτείται επομένως η ανάπτυξη

19 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 3 εξειδικευμένων συστημάτων, τα οποία αφενός θα προστατεύουν τις Α/Γ και αφετέρου θα εξασφαλίζουν την αξιόπιστη τροφοδότηση των δικτύων με υψηλής ποιότητας ισχύ. Ισχυρός σύμμαχος στην προσπάθεια ευρύτερης αξιοποίησης της αιολικής ενέργειας αποτελεί η πρόοδος της τεχνολογίας και κυρίως του τομέα των ηλεκτρονικών ισχύος. Νέες συνεχώς εξελισσόμενες τεχνολογίες Α/Γ, όπως οι γεννήτριες μεταβλητών στροφών, των οποίων η σύνδεση στο δίκτυο γίνεται είτε μέσω πλήρους συστήματος μετατροπέων συνδεδεμένου στο στάτη (Τύπος Δ), είτε συστήματος μετατροπέων μερικής ισχύος συνδεδεμένου στο δρομέα (Τύπος Γ), συμβάλλουν σημαντικά στην αντιμετώπιση των παραπάνω προβλημάτων και αποτελούν ταυτόχρονα ένα ιδιαίτερο επιστημονικού ενδιαφέροντος αντικείμενο. Η πλειοψηφία των Α/Γ που εγκαθίστανται σήμερα, ανήκουν στους δύο παραπάνω τύπους, καθώς η συγκεκριμένη τεχνολογία επιτρέπει τη μεγιστοποίηση της εκμετάλλευσης του διαθέσιμου αιολικού δυναμικού, ενώ παρέχονται και μεγάλες δυνατότητες ρύθμισης της ενεργού και αέργου ισχύος που ανταλλάσσεται με το δίκτυο. Έτσι καθίσταται ευκολότερος ο εναρμονισμός τους με τις απαιτήσεις που περιλαμβάνονται στους σύγχρονους κώδικες δικτύου, για τη λειτουργία των μονάδων αιολικής παραγωγής. Παράλληλα με την εξέλιξη της τεχνολογίας των ανεμογεννητριών, η ενσωμάτωση συστημάτων αποθήκευσης σε μονάδες αιολικής παραγωγής, αναδεικνύεται ως μία τεχνική που μπορεί να αποφέρει πολλαπλά οφέλη για τα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας. Μέσω της αποθήκευσης, προσφέρονται λύσεις σε προβλήματα που σχετίζονται τόσο με τη μεταβλητότητα του ανέμου, όσο και με την ανάγκη για αδιάλειπτη παροχή ισχύος κατά τη διάρκεια σφαλμάτων. Οι διάφορες τεχνολογίες αποθήκευσης διαφέρουν μεταξύ τους σημαντικά ως προς τη χρονική κλίμακα, το ρυθμό φόρτισης εκφόρτισης και φυσικά το κόστος. Συνεπώς, η επιλογή της κατάλληλης λύσης θα πρέπει να γίνεται βάσει των ιδιαίτερων απαιτήσεων της εφαρμογής για την οποία προορίζεται Αντικείμενο και σκοπός της διατριβής Μία εκ των βασικών απαιτήσεων που περιλαμβάνεται στους περισσότερους σύγχρονους κώδικες δικτύου, είναι η ικανότητα των Α/Γ να παραμένουν σε λειτουργία κατά τη διάρκεια βυθίσεων της τάσης του δικτύου. Οι βυθίσεις της τάσης σε ένα σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας, ως αποτέλεσμα βραχυκυκλωμάτων ή άλλων διαταραχών, αποτελούν ένα συχνό φαινόμενο. Ανάλογα με το είδος και το μέγεθος της διαταραχής, ενδέχεται να είναι σε μία ή περισσότερες φάσεις, καθιστώντας το τριφασικό βραχυκύκλωμα τη δυσμενέστερη περίπτωση. Κατά τη διάρκεια μιας βύθισης, περιορίζεται η ικανότητα παροχής ενεργού ισχύος στο δίκτυο, με αποτέλεσμα να διαταράσσεται η ισορροπία αεροδυναμικής ισχύος από τον άνεμο και ηλεκτρικής ισχύος προς το δίκτυο. Η απόκριση των αιολικών μονάδων σε βυθίσεις της τάσης εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το χρησιμοποιούμενο τύπο Α/Γ. Για χαμηλά επίπεδα διείσδυσης της αιολικής ενέργειας, λόγοι προστασίας των Α/Γ επιτρέπουν την αποσύνδεσή τους από το δίκτυο στη διάρκεια διαταραχών, χωρίς να απειλείται η

20 4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ασφάλεια του συστήματος. Σε συνθήκες όμως υψηλής διείσδυσης, η αποσύνδεση των Α/Γ δεν αποτελεί πλέον αποδεκτή λύση, καθώς ενδέχεται να προκαλέσει περαιτέρω απώλεια παραγωγής και μεγαλύτερες διαταραχές στην τάση και τη συχνότητα του συστήματος. Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η ανάπτυξη εξειδικευμένων συστημάτων ελέγχου, με στόχο τη βελτίωση της ικανότητας των Α/Γ για αδιάλειπτη λειτουργία σε συνθήκες βραχυκυκλωμάτων και βυθίσεων της τάσης του δικτύου, στο οποίο εγκαθίστανται. Συγκεκριμένα εξετάζονται δύο τύποι Α/Γ μεταβλητών στροφών, οι Α/Γ με σύστημα μετατροπέων πλήρους ισχύος (Τύπος Δ) και οι επαγωγικές γεννήτριες διπλής τροφοδότησης με σύστημα μετατροπέων μερικής ισχύος στο δρομέα (Τύπος Γ). Για τη διαχείριση της διαφοράς ανάμεσα στη μηχανική ισχύ εισόδου και την ηλεκτρική ισχύ που εκχέεται στο δίκτυο κατά τη διάρκεια των σφαλμάτων, ενσωματώνονται στις Α/Γ συστήματα αποθήκευσης με υπερπυκνωτές (Supercapacitor Energy Storage System SCESS). 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. Κατά περίπτωση, το σύστημα αποθήκευσης και τα αντίστοιχα σχήματα ελέγχου, που εφαρμόζονται στους μετατροπείς ισχύος, επιτελούν πρόσθετες λειτουργίες, όπως η εξομάλυνση των διακυμάνσεων της ισχύος εξόδου των Α/Γ και η στήριξη της τάσης και της συχνότητας στη διάρκεια των διαταραχών. Στις επόμενες ενότητες παρουσιάζονται οι επιμέρους στόχοι της διδακτορικής διατριβής σε σχέση με τον εξεταζόμενο τύπο Α/Γ και το είδος του δικτύου στο οποίο εγκαθίσταται Α/Γ τύπου Δ Στα πλαίσια αυτής της διατριβής, παρουσιάζονται αρχικά οι Α/Γ τύπου Δ. Εξετάζεται η χρήσης συστήματος αποθήκευσης με υπερπυκνωτή, με στόχο τη βελτίωση της ικανότητας αντοχής σε σφάλματα του δικτύου και την εξομάλυνση της παραγόμενης ισχύος. Η διαμόρφωση που χρησιμοποιείται στις ανεμογεννήτριες τύπου Δ, περιλαμβάνει τη σύνδεση της γεννήτριας στο δίκτυο, μέσω δύο όμοιων ηλεκτρονικών μετατροπέων ισχύος. Παρά την απουσία ηλεκτρικής σύζευξης μεταξύ γεννήτριας και δικτύου, κατά τη διάρκεια βυθίσεων της τάσης, τμήμα της παραγόμενης ενεργού ισχύος ενδέχεται να μην μπορεί να διοχετευθεί στο δίκτυο, λόγω της περιορισμένης ικανότητας αγωγής ρεύματος από τους διακόπτες του αντίστοιχου μετατροπέα. Η ανισορροπία μηχανικής ισχύος εισόδου και ηλεκτρικής ισχύος που εκχέεται στο δίκτυο, θα οδηγήσει στην ανύψωση της τάσης του κοινού DC ζυγού. Συνεπώς, αν δε ληφθούν τα απαραίτητα μέτρα, η ανεξέλεγκτη αύξηση της DC τάσης ενδέχεται να προκαλέσει την καταστροφή του πυκνωτή εξομάλυνσης και την απώλεια του ελέγχου της Α/Γ. Για τη διαχείριση της διαφοράς ανάμεσα στη μηχανική ισχύ εισόδου και την ηλεκτρική ισχύ που παρέχεται στο δίκτυο κατά τη διάρκεια των σφαλμάτων, στη βιβλιογραφία έχουν προταθεί αρκετοί μέθοδοι. Η πιο απλή μέθοδος βελτίωσης της

21 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 5 ικανότητας αδιάλειπτης λειτουργίας των Α/Γ σε σφάλματα δικτύου, βασίζεται στη χρήση μιας ελεγχόμενης αντίστασης στο ζυγό συνεχούς τάσης (Dump load & DC Chopper), για την κατανάλωση της περίσσειας ισχύος [6] [7]. Στην [8] προτείνεται η βελτίωση της απόκρισης του αεροδυναμικού ελέγχου και η ελεγχόμενη επιτάχυνση της Α/Γ, ώστε η πλεονάζουσα ισχύ να αποθηκευτεί υπό μορφή κινητικής ενέργειας στην αδράνεια του δρομέα. Στις εργασίες [9] [12] προτείνεται η χρήση ενός συστήματος βραχυπρόθεσμης αποθήκευσης (π.χ. υπερπυκνωτής, στρεφόμενος σφόνδυλος), το οποίο αναλαμβάνει την απορρόφηση του πλεονάσματος της ισχύος στη διάρκεια του σφάλματος. Σε όλες τις παραπάνω εργασίες, αναπτύσσονται μέθοδοι διαχείρισης του πλεονάσματος της ισχύος και οι Α/Γ παραμένουν συνδεδεμένες στο δίκτυο, καθ όλη τη διάρκεια της διαταραχής. Ωστόσο, δεν εξετάζεται η δυνατότητα εφαρμογής των προτεινόμενων μεθόδων σε δίκτυα, όπου απαιτείται η αποσύνδεση των Α/Γ σε συνθήκες σφαλμάτων. Το δεύτερο σκέλος του προβλήματος αφορά στην απορρόφηση των διακυμάνσεων της ισχύος των Α/Γ, που οφείλονται στις απότομες μεταβολές της ταχύτητας του ανέμου (Power Smoothing). Σε περιπτώσεις αυξημένης διείσδυσης της αιολικής ενέργειας, οι διακυμάνσεις της ισχύος μπορεί να προκαλέσουν σημαντικές μεταβολές στην τάση και στη συχνότητα του συστήματος. To πρόβλημα εμφανίζεται εντονότερα σε περιπτώσεις ασθενών ή αυτόνομων δικτύων. Ένας απλός τρόπος για εξομάλυνση της ισχύος ενός αιολικού πάρκου, χωρίς τη χρήση επιπλέον εξοπλισμού, αποτελεί ο έλεγχος της γωνίας βήματος των πτερυγίων (pitch control) και η εκμετάλλευση της αδράνειας του συστήματος [13] [15]. Ωστόσο, μειονέκτημα αυτής της μεθόδου αποτελεί ο υψηλός βαθμός μηχανικής καταπόνησης των Α/Γ. Επιπλέον, η ενέργεια που εξάγεται από τον άνεμο αποκλίνει της μέγιστης, λόγω της επίδρασης του ελέγχου εξομάλυνσης της ισχύος στη γωνία των πτερυγίων. Η ενσωμάτωση ενός συστήματος αποθήκευσης για απορρόφηση των διακυμάνσεων της ισχύος εξετάζεται στην [16]. Παρότι το κόστος αυξάνεται αρκετά, το σύστημα αποθήκευσης μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την ποιότητα της ισχύος που παρέχεται στο δίκτυο. Στις εργασίες [9] [12] και [16], παρουσιάζεται η αξιοποίηση του συστήματος αποθήκευσης, με στόχο να συνδυαστεί η βελτίωση της ικανότητας αντοχής των Α/Γ σε βυθίσεις της τάσης, με την εξομάλυνση της ισχύος που διοχετεύεται στο δίκτυο. Στα αποτελέσματα που παρουσιάζονται, η ικανότητα αντοχής σε σφάλματα εξετάζεται ανεξάρτητα από την απορρόφηση διακυμάνσεων της ισχύος. Επιπλέον θεωρείται ότι το σύστημα αποθήκευσης διαθέτει επαρκή αποθηκευτική ικανότητα για την υλοποίηση των παραπάνω λειτουργιών. Αν και αποδεικνύεται ότι ο υπερπυκνωτής μπορεί να αξιοποιηθεί πολύ αποτελεσματικά για την επίτευξη και των δύο στόχων, ωστόσο δε λαμβάνονται υπόψη οι συνέπειες της παράλληλης χρήσης του μέσου αποθήκευσης. Στην περίπτωση που και οι δύο παραπάνω λειτουργίες χρησιμοποιούν κοινό σύστημα αποθήκευσης, υφίσταται ο κίνδυνος ανεξέλεγκτης φόρτισής του κατά της διαδικασίας της εξομάλυνσης, με αποτέλεσμα τον περιορισμό της ικανότητας αντοχής των Α/Γ σε σφάλματα του δικτύου. Συνεπώς το

22 6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 μέγεθος του υπερπυκνωτή που θα επιλεγεί, καθώς και ο έλεγχος του επιπέδου της φόρτισής του, αποτελούν απαραίτητες προϋποθέσεις για την αποτελεσματική και ασφαλή χρήση συστημάτων αποθήκευσης με υπερπυκνωτές σε Α/Γ. Στα πλαίσια της διερεύνησης των Α/Γ τύπου Δ, στην παρούσα διατριβή ενσωματώνεται ένα σύστημα αποθήκευσης με υπερπυκνωτή, για τη βελτίωση της ικανότητας αντοχής σε βυθίσεις της τάσης του δικτύου, αλλά και την απορρόφηση των διακυμάνσεων της ισχύος σε ένα επιθυμητό εύρος συχνοτήτων. Με την εργασία αυτή, η μέχρι σήμερα έρευνα επεκτείνεται στους ακόλουθους στόχους: Διερεύνηση της δυνατότητας αποσύνδεσης της Α/Γ, σε περίπτωση που απαιτείται από το διαχειριστή του δικτύου και άμεση επανασύνδεση μετά την ανάκαμψη της τάσης. Στο διάστημα που η Α/Γ είναι αποσυνδεδεμένη, στόχος είναι η διατήρησή της σε πλήρη λειτουργία, μέσω της αποθήκευσης του συνόλου της παραγόμενης ισχύος στον υπερπυκνωτή. Η δυνατότητα αποσύνδεσης και επανασύνδεσης θα επιτρέψει την εφαρμογή της προτεινόμενης στρατηγικής ελέγχου τόσο σε δίκτυα στα οποία ισχύουν αυστηρές απαιτήσεις για αντοχή των Α/Γ σε βυθίσεις της τάσης, όσο και σε δίκτυα όπου απαιτείται η αποσύνδεση των Α/Γ σε συνθήκες σφαλμάτων. Βελτίωση της αξιοποίησης της διαθέσιμης αποθηκευτικής ικανότητας του υπερπυκνωτή. Στόχος είναι η διατήρηση του επιπέδου της φόρτισης (State of Charge) σε ένα βέλτιστο εύρος τιμών, ώστε η διαδικασία εξομάλυνσης της ισχύος εξόδου της Α/Γ να μην περιορίζει την ικανότητα του συστήματος για αντοχή σε σφάλματα του δικτύου. Εξαγωγή αναλυτικής έκφρασης υπολογισμού της χωρητικότητας του υπερπυκνωτή, συναρτήσει των απαιτήσεων για αδιάλειπτη λειτουργία στη διάρκεια σφαλμάτων και εξομάλυνσης της ισχύος που παρέχεται στο δίκτυο Α/Γ Τύπου Γ Ο δεύτερος τύπος Α/Γ που εξετάζεται στην παρούσα διατριβή αφορά στις Α/Γ τύπου Γ (Επαγωγικές Γεννήτριες Διπλής Τροφοδότησης ΕΓΔΤ), που τροφοδοτούν μη διασυνδεδεμένα δίκτυα. Οι μεγάλες δυνατότητες ελέγχου της ενεργού και αέργου ισχύος που ανταλλάσσουν με το δίκτυο και η χρήση συστήματος μετατροπέων στο δρομέα, διαστασιολογημένου σε τμήμα μόνο της ονομαστικής ισχύος της μηχανής, αποτελούν σημαντικά πλεονεκτήματα του συγκριμένου τύπου Α/Γ. Ωστόσο, σημαντικό μειονέκτημα αποτελεί η ευαισθησία των ΕΓΔΤ σε βραχυκυκλώματα και βυθίσεις της τάσης. Κατά τη διάρκεια βραχυκυκλωμάτων στο δίκτυο, τα ρεύματα του δρομέα αυξάνονται σημαντικά, με αποτέλεσμα τον κίνδυνο καταστροφής των μετατροπέων ισχύος, σε περίπτωση που δεν προστατεύονται [17]. Η μεταβατική και δυναμική συμπεριφορά των ΕΓΔΤ, αποτέλεσε αντικείμενο μελέτης πλήθους ερευνητικών εργασιών. Κατά τη διερεύνηση της ικανότητας

23 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 7 αντοχής σε σφάλματα, το σύνολο σχεδόν των τεχνικών αναφορών που συναντάται στη βιβλιογραφία, εστιάζει στη διασυνδεδεμένη λειτουργία της ΕΓΔΤ με ισχυρό δίκτυο [18] [27]. Αντιθέτως, υπάρχει μικρός αριθμός εργασιών που αναφέρονται στη λειτουργία των γεννητριών διπλής τροφοδότησης, εντός ενός αυτόνομου δικτύου. Κατά την αυτόνομη λειτουργία, η ΕΓΔΤ πρέπει να έχει τη δυνατότητα να ρυθμίζει την τάση και τη συχνότητα του συστήματος και να τη διατηρεί εντός των επιτρεπτών ορίων λειτουργίας, ανεξαρτήτως της ταχύτητας περιστροφής του δρομέα. Στην εργασία [28] προτείνεται ένα σχήμα έμμεσου διανυσματικού ελέγχου (Indirect Stator Flux Oriented Control ISFO), για την τροφοδότηση απομονωμένων φορτίων με σταθερή τάση και συχνότητα. Η τροφοδότηση μη γραμμικών ή ασύμμετρων φορτίων επηρεάζει σημαντικά τη λειτουργία της επαγωγικής γεννήτριας, αλλά και την ποιότητα της τάσης του αυτόνομου δικτύου [29] [31]. Η ανάπτυξη μικροδικτύων που τροφοδοτούνται από ΕΓΔΤ και λειτουργούν είτε διασυνδεδεμένα με το κυρίως δίκτυο είτε ανεξάρτητα από αυτό, επιβάλλει την ικανότητα προσαρμογής του ελέγχου των Α/Γ και στις δύο καταστάσεις, καθώς και την ομαλή μετάβαση από τη μια κατάσταση στην άλλη [32] [34]. Οι παραπάνω εργασίες, που αναφέρονται στην τροφοδότηση αυτόνομων δικτύων από ΕΓΔΤ, εστιάζουν στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας και τη δυναμική συμπεριφορά των Α/Γ. Ωστόσο, για να καταστεί δυνατή η ευρεία διείσδυση του συγκεκριμένου τύπου Α/Γ στα αυτόνομα δίκτυα, θα πρέπει να διασφαλιστεί η προστασία τους και η ικανότητά τους για αντοχή σε σφάλματα. Η μεταβατική συμπεριφορά μιας ΕΓΔΤ σε τριφασικά βραχυκυκλώματα, κατά την αυτόνομη λειτουργία, παρουσιάζεται εν συντομία μόνο στην εργασία [35]. Αποδεικνύεται ότι η Α/Γ μπορεί να υπερβεί το σφάλμα, μετατρέποντας το πλεόνασμα μηχανικής ισχύος, που αναπτύσσεται κατά τη διάρκεια του βραχυκυκλώματος, σε κινητική ενέργεια του δρομέα. Για την προστασία της ΕΓΔΤ, αναφέρεται πως πρέπει να χρησιμοποιηθούν συμβατικά συστήματα προστασίας (Crowbar), χωρίς να δίνονται περισσότερες πληροφορίες. Επιπλέον, λόγω περιορισμών στη μέγιστη ταχύτητα, η αξιοποίηση της αδράνειας της Α/Γ, μπορεί να επιτρέψει την υπέρβαση σφαλμάτων σχετικά μικρής μόνο χρονικής διάρκειας. Τέλος, η συγκεκριμένη εργασία δεν επεκτείνεται στην εξέταση ασύμμετρων βραχυκυκλωμάτων, που αποτελούν και τις συνηθέστερες περιπτώσεις σφαλμάτων στα δίκτυα. Συνεπώς δεν έχει γίνει εκτενής διερεύνηση της ικανότητας των Α/Γ τύπου Γ για αντοχή σε σφάλματα, κατά την τροφοδότηση μη διασυνδεδεμένων δικτύων. Στα πλαίσια αυτής της διατριβής, το ενδιαφέρον επικεντρώνεται στη διερεύνηση της ικανότητας για αδιάλειπτη λειτουργία των ΕΓΔΤ, κατά την τροφοδότηση μη διασυνδεδεμένων δικτύων. Συγκεκριμένα, αναπτύσσεται μία διάταξη με χρήση ενός δυναμικού επανορθωτή της τάσης (Dynamic Voltage Restorer DVR), ο οποίος συνδέεται απευθείας στην έξοδο των τυλιγμάτων του στάτη, για την αντιστάθμιση των βυθίσεων της τάσης του δικτύου και τη διατήρηση ενός τριφασικού συμμετρικού συστήματος τάσεων, στους ακροδέκτες της Α/Γ. Ένα σύστημα αποθήκευσης με υπερπυκνωτή συνδέεται στον

24 8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 κοινό ζυγό συνεχούς τάσης του συστήματος των μετατροπέων και αναλαμβάνει τη διαχείριση της διαφοράς μεταξύ μηχανικής ισχύος από τον άνεμο και ηλεκτρικής ισχύος προς το δίκτυο, στη διάρκεια των σφαλμάτων. Η ικανότητα για αδιάλειπτη λειτουργία εξετάζεται τόσο κατά την περίπτωση που η Α/Γ αποτελεί τη μοναδική πηγή του αυτόνομου δικτύου, όσο και σε συνεργασία με μία συμβατική σύγχρονη γεννήτρια. Πιο αναλυτικά, οι στόχοι στους οποίους αποσκοπεί η διάταξη που αναπτύσσεται και ο έλεγχος που εφαρμόζεται, είναι οι ακόλουθοι: Βελτίωση της αδιάλειπτης λειτουργίας των Α/Γ τύπου Γ, στη διάρκεια συμμετρικών και ασύμμετρων βραχυκυκλωμάτων σε μη διασυνδεδεμένα δίκτυα. Τροφοδότηση των φάσεων οι οποίες δε συμμετέχουν στα σφάλματα με τάσεις εντός των προδιαγεγραμμένων ορίων λειτουργίας. Παροχή αυξημένων ρευμάτων στις φάσεις όπου εμφανίζονται τα σφάλματα, με στόχο την εκκαθάρισή τους από τα μέσα προστασίας του δικτύου. Στήριξη της συχνότητας του δικτύου στη διάρκεια ασύμμετρων σφαλμάτων, κατά την παράλληλη λειτουργία με μία συμβατική σύγχρονη γεννήτρια. Εξαγωγή αναλυτικών εκφράσεων υπολογισμού της χωρητικότητας του υπερπυκνωτή, συναρτήσει των απαιτήσεων για αδιάλειπτη λειτουργία Μικροδίκτυα με Α/Γ τύπου Δ Η έννοια του μικροδικτύου δημιουργήθηκε από τις αλλαγές στην τοπολογία των σύγχρονων δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας. Το μικροδίκτυο ορίζεται ως ένα υποσύστημα του κυρίως δικτύου, που αποτελείται από διάφορες μονάδες διανεμημένης παραγωγής, φορτία, ενδεχομένως συστήματα αποθήκευσης και έχει τη δυνατότητα να λειτουργεί τόσο διασυνδεδεμένα με το κυρίως δίκτυο, όσο και αυτόνομα. Συνεπώς, τα μικροδίκτυα εξ ορισμού σχεδιάζονται ώστε να έχουν την ικανότητα να λειτουργούν αυτόνομα, τροφοδοτώντας αξιόπιστα τα τοπικά τους φορτία. Ωστόσο, η αποκοπή μικροδικτύων, τα οποία σε συνθήκες κανονικής λειτουργίας διοχετεύουν ένα σημαντικό ποσό ισχύος στο κυρίως δίκτυο, ενδέχεται να επηρεάσει την ευστάθεια του συστήματος. Αντίστοιχη πορεία διέγραψαν και τα αιολικά πάρκα, τα οποία κατά την πρώτη φάση ανάπτυξής τους αποσυνδέονταν από το δίκτυο σε συνθήκες διαταραχών. Με την αύξηση όμως της διείσδυσης της αιολικής ενέργειας, η αποσύνδεση δεν αποτελούσε πλέον εφαρμόσιμη λύση. Σε μία προσπάθεια να προβλεφθούν προβλήματα που ενδέχεται να προκληθούν από την αύξηση της διείσδυσης των μονάδων διανεμημένης παραγωγής, οι κώδικες δικτύου

25 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 9 βρίσκονται σε συνεχή εξέλιξη. Ένα αντικείμενο που παρουσιάζει ιδιαίτερο ερευνητικό ενδιαφέρον, αποτελεί η επίδραση των κωδίκων δικτύου στη διασύνδεση και λειτουργία των μικροδικτύων. Αν και δεν υπάρχουν αυστηρές απαιτήσεις για την αυτόνομη λειτουργία τους, ωστόσο η θέσπιση συγκεκριμένων προδιαγραφών για τη διασυνδεδεμένη λειτουργία, κρίνεται αναγκαία. Στην κατεύθυνση αυτή, η εργασία [36] προτείνει ένα πλαίσιο τεχνικών απαιτήσεων για τη διασύνδεση των μικροδικτύων. Ανάμεσα στις απαιτήσεις που περιγράφονται, προτείνεται ότι ένα μικροδίκτυο θα πρέπει να έχει την ικανότητα να αντέχει σε βυθίσεις της τάσης του κυρίως δικτύου, καθώς και να παρέχει πρόσθετες λειτουργίες στη διάρκεια των σφαλμάτων. Αντικείμενο μελέτης αυτής της διατριβής, αποτελεί η ικανότητα αδιάλειπτης λειτουργίας των μικροδικτύων στη διάρκεια σφάλματων του κυρίως δικτύου. Αν και τα μικροδίκτυα αντιμετωπίζονται ως ένα ενιαίο σύνολο πηγών και φορτίων, ωστόσο οι απαιτήσεις διασύνδεσης επηρεάζουν σημαντικά τη διαμόρφωση και τον έλεγχο των μεμονωμένων πηγών, ιδιαίτερα στην περίπτωση που αυτές εκμεταλλεύονται ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Συνεπώς, ανάλογα με το είδος των μονάδων διανεμημένης παραγωγής, ενδέχεται να απαιτούνται εξειδικευμένες διατάξεις. Στην [37] παρουσιάζεται μία διάταξη δύο μετατροπέων ισχύος, με στόχο την αντιστάθμιση διαταραχών του δικτύου και τη διατήρηση ενός συμμετρικού συστήματος τάσεων στα φορτία, που συνδέονται μεταξύ των μετατροπέων. Ο ένας μετατροπέας αποτελεί την κύρια πηγή ισχύος, ενώ ο δεύτερος συνδέεται εν σειρά με το δίκτυο για την αντιστάθμιση των διαταραχών της τάσης. Στην [38] γίνεται χρήση ενός συστήματος μετατροπέων ισχύος (σε διάταξη back to back), το οποίο τοποθετείται στο Σημείο Κοινής Σύνδεσης (ΣΚΣ) και απομονώνει το μικροδίκτυο από το κυρίως δίκτυο, σε περιπτώσεις διαταραχών της τάσης και της συχνότητας. Τέλος, στην [39] προτείνεται η χρήση ενός μετατροπέα ισχύος που συνδέεται παράλληλα με τη μονάδα διανεμημένης παραγωγής, για την έγχυση πρόσθετου αέργου ρεύματος στη διάρκεια έντονων διαταραχών της τάσης του δικτύου. Το βασικό μειονέκτημα των μεθόδων που προαναφέρθηκαν είναι ότι απαιτούν τη χρήση επιπλέον μετατροπέων ισχύος, για τη βελτίωση της ικανότητας αντοχής των μικροδικτύων σε σφάλματα του κυρίως δικτύου. Η χρήση πρόσθετων μετατροπέων αυξάνει το κόστος του συστήματος, τις απώλειες, αλλά και την πολυπλοκότητα των διατάξεων ελέγχου. Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής, αναπτύσσεται μία νέα στρατηγική ελέγχου για τη βελτίωση της ικανότητας αντοχής ενός μικροδικτύου, που τροφοδοτείται από ανεμογεννήτριες τύπου Δ, σε βυθίσεις της τάσης του κυρίως δικτύου. Η προτεινόμενη στρατηγική ελέγχου υλοποιείται μέσω μιας απλής διάταξης με ελεγχόμενες αυτεπαγωγές, η οποία εισάγεται στο σημείο κοινής σύνδεσης. Μέσω των αυτεπαγωγών παρέχεται αποσύμπλεξη ανάμεσα στην τάση του κυρίως δικτύου και την τάση του μικροδικτύου, επιτρέποντας την αντιστάθμιση των διαταραχών. Σε κατάσταση κανονικής λειτουργίας, οι αυτεπαγωγές βραχυκυκλώνονται μέσω thyristors. Οι στόχοι τους οποίους επιτελεί η

26 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 παρούσα διατριβή, μέσα από τη διάταξη που αναπτύσσεται και τη στρατηγική ελέγχου που εφαρμόζεται στις μονάδες διανεμημένης παραγωγής, είναι οι ακόλουθοι: Αδιάλειπτη λειτουργία του μικροδικτύου στη διάρκεια συμμετρικών και ασύμμετρων βυθίσεων της τάσης του κυρίως δικτύου. Διατήρηση του επιπέδου της τάσης του μικροδικτύου εντός των προδιαγεγραμμένων ορίων λειτουργίας. Η ρύθμιση της τάσης υλοποιείται μέσω του ελέγχου της αέργου ισχύος, που παράγεται από τις μονάδες διανεμημένης παραγωγής. Αντιστάθμιση ασύμμετρων διαταραχών της τάσης του κυρίως δικτύου και τροφοδότηση των φορτίων του μικροδικτύου, με συμμετρικό τριφασικό σύστημα τάσεων. Αδιάλειπτη λειτουργία σε επίπεδο μεμονωμένων Α/Γ. Στη διάρκεια των βυθίσεων της τάσης, η ενεργός ισχύς που παράγουν οι πηγές, περιορίζεται με στόχο την κάλυψη μόνο των τοπικών φορτίων του μικροδικτύου. Για τη διαχείριση του πλεονάσματος της ισχύος, ενσωματώνονται συστήματα αποθήκευσης με υπερπυκνωτές, σε κάθε μονάδα διανεμημένης παραγωγής. Σημαντικό χαρακτηριστικό της προτεινόμενης στρατηγικής ελέγχου είναι ότι δεν απαιτείται καμία επικοινωνία μεταξύ των πηγών του μικροδικτύου.

27 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Κώδικες δικτύου 2.1. Εισαγωγή Κατά το πρόσφατο παρελθόν, όσο τα επίπεδα διείσδυσης της αιολικής ενέργειας στα ηλεκτρικά δίκτυα παρέμεναν χαμηλά, οι αιολικές μονάδες παραγωγής αντιμετωπίζονταν ουσιαστικά ως «αρνητικά» φορτία, χωρίς να απαιτείται η συμμετοχή τους στον έλεγχο παραμέτρων του δικτύου. Επιπλέον, σε μη κανονικές συνθήκες λειτουργίας, επιτρέπονταν ή ακόμη και επιβάλλονταν η άμεση αποσύνδεση των αιολικών μονάδων από το δίκτυο, για λόγους προστασίας των Α/Γ, αλλά και ομαλής λειτουργίας των μέσων προστασίας. Καθώς οι αιολικές μονάδες αποτελούσαν ένα μικρό κομμάτι της συνολικής παραγωγής, η αποκοπή τους από το δίκτυο δε δημιουργούσε ζητήματα ασφαλούς λειτουργίας του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας. Η ραγδαία και μη αναμενόμενη αύξηση της εγκατεστημένης ισχύος των αιολικών πάρκων που ακολούθησε, ήγειρε κρίσιμα ζητήματα ομαλής και ασφαλούς λειτουργίας του δικτύου [4], [4]. Η παραδοσιακή λογική αντιμετώπισης των αιολικών μονάδων δε θεωρείται πλέον αποδεκτή σε χώρες με υψηλά επίπεδα αιολικής διείσδυσης. Το γεγονός αυτό οδήγησε τους διαχειριστές των δικτύων στη θέσπιση νέων τεχνικών απαιτήσεων για τη διασύνδεση και λειτουργία των αιολικών πάρκων. Οι νέοι κώδικες εισάγουν απαιτήσεις που προσδίδουν στα αιολικά πάρκα χαρακτηριστικά συμβατικών σταθμών παραγωγής, ώστε να συμβάλουν στον έλεγχο και στη ρύθμιση του συστήματος. Ωστόσο, η διαλείπουσα και μεταβαλλόμενη φύση του ανέμου έχει ως αποτέλεσμα, οι διάφοροι τύποι Α/Γ να παρουσιάζουν σημαντικές διαφορές σε σχέση με τη λειτουργία των συμβατικών σταθμών. Έτσι, για τη συμμόρφωση με τις σύγχρονες απαιτήσεις, νέες διατάξεις και συστήματα ελέγχου για τους διάφορους τύπους Α/Γ είναι απαραίτητα, θέτοντας προκλήσεις στους κατασκευαστές. Οι κώδικες δικτύου των διαφόρων χωρών, αν και κινούνται στο ίδιο πλαίσιο, παρουσιάζουν διαφορές που σχετίζονται με τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του δικτύου της εκάστοτε χώρας. Ακόμη όμως και για την ίδια χώρα, οι απαιτήσεις μπορεί να διαφέρουν ανάλογα με το μέγεθος του αιολικού πάρκου ή το σημείο σύνδεσης με το υπόλοιπο δίκτυο. Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι οι κώδικες δικτύου βρίσκονται σε συνεχή εξέλιξη και αναπροσαρμόζονται, ώστε να περιέχουν όλο και πιο εξειδικευμένες απαιτήσεις. Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται οι κυριότερες από τις τεχνικές απαιτήσεις που συναντώνται στους ισχύοντες κώδικες δικτύου, χωρών με υψηλά επίπεδα διείσδυσης της αιολικής ενέργειας. Οι απαιτήσεις αυτές αναφέρονται στα εξής θέματα:

28 12 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 1) Αντοχή σε βυθίσεις τάσης και απόκριση κατά τη διάρκεια και μετά την εκκαθάριση σφαλμάτων στο δίκτυο 2) Έλεγχος αέργου ισχύος και τάσης 3) Έλεγχος ενεργού ισχύος και συχνότητας Επιλέχθηκε να παρουσιαστούν κυρίως οι απαιτήσεις που προδιαγράφονται στον κώδικα δικτύου του γερμανικού συστήματος, καθώς θεωρείται τεχνικά πλήρης και λαμβάνεται ως αναφορά σε πλήθος ερευνητικών εργασιών [41] Αντοχή σε βυθίσεις της τάσης και απόκριση σε καταστάσεις σφαλμάτων στο δίκτυο Ίσως η σημαντικότερη από τις απαιτήσεις που περιλαμβάνεται σχεδόν σε όλους τους σύγχρονους κώδικες δικτύου, είναι η ικανότητα των αιολικών μονάδων να παραμένουν σε λειτουργία κατά τη διάρκεια βυθίσεων της τάσης στο ζυγό σύνδεσης. Η ικανοποίηση αυτής της απαίτησης αποτελεί το βασικό αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής. Επιπλέον, στους κώδικες περιλαμβάνονται συγκεκριμένες απαιτήσεις για τον τρόπο απόκρισης των αιολικών μονάδων κατά τη διάρκεια, καθώς και μετά την εκκαθάριση ενός σφάλματος από τα μέσα προστασίας του δικτύου. Στη διεθνή βιβλιογραφία, η ικανότητα ενός αιολικού πάρκου για αδιάλειπτη λειτουργία, κατά τη διάρκεια βυθίσεων της τάσης του δικτύου, αναφέρεται με τους όρους Fault Ride Through (FRT) και Low Voltage Ride Through (LVRT). Η συγκεκριμένη απαίτηση περιγράφεται μέσα από μία χαρακτηριστική καμπύλη (LVRT characteristic) μεταβολής της τάσης σε σχέση με το χρόνο εκδήλωσης της διαταραχής. Εκφράζει την ικανότητα της Α/Γ να λειτουργεί υπό μειωμένη τάση στο ζυγό σύνδεσής της για ένα χρονικό διάστημα και μετά την αποκατάσταση του σφάλματος, να επανέρχεται σε κανονική λειτουργία εντός ενός καθορισμένου χρόνου. Μέγιστη τιμή πολικής τάσης δικτύου U/U n [%] Όριο Καμπύλης 1 Όριο Καμπύλης Εκδήλωση σφάλματος Ελάχιστη τιμή τάσης κανονικής λειτουργίας Χρόνος [msec] Επιτρέπεται η αποσύνδεση από το αυτόματο σύστημα Σχήμα 2.1 Καμπύλη LVRT Κώδικας Γερμανίας Επιλεκτική αποσύνδεση γεννητριών ανάλογα με την κατάστασή τους

29 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 13 Η LVRT καμπύλη που περιλαμβάνεται στον κώδικα του γερμανικού συστήματος, παρουσιάζεται στο Σχήμα 2.1 και αναφέρεται στη μέγιστη από τις τρεις πολικές τάσεις στο σημείο σύνδεσης. Σύμφωνα με αυτή, οποιαδήποτε διαταραχή, κατά την οποία το επίπεδο της τάσης παραμένει μεγαλύτερο της καμπύλης του ορίου 1, δεν επιτρέπεται να οδηγήσει σε αποσυγχρονισμό ή αποσύνδεση των Α/Γ. Όταν το επίπεδο της τάσης βρίσκεται μεταξύ των καμπυλών των ορίων 1 και 2, οι Α/Γ θα πρέπει και πάλι να παραμείνουν συνδεδεμένες στο δίκτυο. Ωστόσο, για τη συγκεκριμένη περιοχή λειτουργίας, διευκρινίζεται ότι σε περίπτωση που αυτό δεν είναι εφικτό, είναι δυνατόν κατόπιν συνεννόησης με το διαχειριστή του δικτύου, να υιοθετηθεί μία ευνοϊκότερη καμπύλη ορίου 2. Ταυτόχρονα όμως απαιτείται σημαντική μείωση του χρόνου επανασύνδεσης μετά την αποσύνδεση (αρκετά μικρότερος χρόνος από 2sec) και να εξασφαλιστεί μία ελάχιστη έγχυση αέργου ισχύος κατά τη διάρκεια της αποσύνδεσης. Ομοίως, αποσύνδεση και ταχεία επανασύνδεση κατόπιν συμφωνίας, επιτρέπεται εάν κατά τη διάρκεια του σφάλματος παρατηρηθεί αστάθεια των Α/Γ ή ενεργοποίηση του συστήματος προστασίας τους. Ο μέγιστος χρόνος επανασυγχρονισμού με το δίκτυο ορίζεται έως 2sec μετά την αποσύνδεση και η παροχή ενεργού ισχύος πρέπει να αυξηθεί στην πριν από το σφάλμα τιμή, με ρυθμό τουλάχιστον ίσο με 1% της ονομαστικής ισχύος της Α/Γ ανά δευτερόλεπτο. Σε επίπεδα τάσης χαμηλότερα της καμπύλης του ορίου 2 του Σχήματος 2.1, είναι αποδεκτή η σύντομη αποσύνδεση των Α/Γ. Σε αυτή την περίπτωση επιτρέπεται ο επανασυγχρονισμός με το δίκτυο σε χρόνο μεγαλύτερο από 2sec, με ρυθμό μεταβολής ενεργού ισχύος μικρότερο του 1% της ονομαστικής ισχύος της Α/Γ ανά δευτερόλεπτο. Οι Α/Γ, οι οποίες δεν αποσυνδέονται από το δίκτυο στη διάρκεια του σφάλματος, είναι υποχρεωμένες να συνεχίσουν να παρέχουν ενεργό ισχύ μετά την εκκαθάριση του σφάλματος, με ρυθμό ανάληψης ισχύος τουλάχιστον ίσο με 2% της ονομαστικής ισχύος της Α/Γ ανά δευτερόλεπτο. Τέλος, για βυθίσεις της τάσης εντός της γραμμοσκιασμένης περιοχής του Σχήματος 2.1, επιτρέπεται η αυτόματη αποσύνδεση των Α/Γ από το σύστημα. Στο γερμανικό κώδικα, πέραν της LVRT καμπύλης του Σχήματος 2.1, διευκρινίζεται πως όταν η μέγιστη από τις πολικές τάσεις στο σημείο σύνδεσης μειωθεί κάτω από το 85% της ελάχιστης τάσης κανονικής λειτουργίας και η αιολική μονάδα απορροφάει άεργο ισχύ, τότε απαιτείται αποσύνδεση με χρονική καθυστέρηση.5sec. Επιπλέον, όταν η τάση στην πλευρά ΧΤ του M/Σ κάθε Α/Γ του αιολικού πάρκου μειωθεί και παραμείνει κάτω από το 8% της ελάχιστης τιμής του εύρους της τάσης λειτουργίας, πρέπει να γίνει σταδιακή αποσύνδεση των Α/Γ του αιολικού πάρκου σε τέσσερα στάδια, με χρονική καθυστέρηση 1.5sec, 1.8sec, 2.1sec και 2.4sec αντίστοιχα. Σε κάθε στάδιο αποσυνδέεται το 25% του συνόλου των Α/Γ του πάρκου.