Μελέτη των κυκλοφορούντων ηλεκτρικών ρευμάτων σε μικροδίκτυο DC και καταστολή τους μέσω πρωτογενούς ελέγχου

Φέγγαρης, Γεώργιος; Fengaris, Georgios

dc.contributor.author	Φέγγαρης, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Fengaris, Georgios	en
dc.date.accessioned	2018-07-12T10:13:31Z
dc.date.available	2018-07-12T10:13:31Z
dc.date.issued	2018-07-12
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/47282
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.15550
dc.rights	Default License
dc.subject	Διεσπαρμένη παραγωγή	el
dc.subject	Μικροδίκτυο DC	el
dc.subject	Παθητικός πρωταρχικός ή πρωτογενής έλεγχος	el
dc.subject	Καμπύλες στατισμού	el
dc.subject	Έλεγχος Droop	el
dc.subject	Κυκλοφορούντα ηλεκτρικά ρεύματα	el
dc.subject	Μέθοδος Droop Index	el
dc.subject	Οικογένειες καμπυλών και επιφανειών	el
dc.subject	Distributed power generation	en
dc.subject	DC microgrid	en
dc.subject	Passive primary control	en
dc.subject	Droop control	en
dc.subject	Circulating currents	en
dc.subject	Resistances	en
dc.subject	Droop Index method	en
dc.subject	Droop Index	en
dc.subject	Sets of curves	en
dc.subject	Set of surfaces	en
dc.title	Μελέτη των κυκλοφορούντων ηλεκτρικών ρευμάτων σε μικροδίκτυο DC και καταστολή τους μέσω πρωτογενούς ελέγχου	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Έξυπνα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-03-02
heal.abstract	Η αύξηση της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας, η ανάγκη για όλο και μεγαλύτερη αξιοπιστία στην παροχή της, τα προβλήματα στην ποιότητα της ισχύος, όπως επίσης η ρύπανση του περιβάλλοντος και η κλιματική αλλαγή, έχουν οδηγήσει στην αναζήτηση εναλλακτικών τρόπων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Η Διεσπαρμένη Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, δηλαδή η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω μικρής κλίμακας πηγών που βρίσκονται κοντά στο φορτίο, αποτελεί σήμερα μία αρκετά διαδεδομένη εναλλακτική λύση ή ενίσχυση του κεντρικού δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας. Στο πλαίσιο ανάπτυξης της Διεσπαρμένης Παραγωγής αναπτύχθηκε η ιδέα του μικροδικτύου. Το μικροδίκτυο είναι ένα τοπικό δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας που περιλαμβάνει πηγές διεσπαρμένης παραγωγής, φορτία, μέσα προστασίας και αποθήκευσης και μπορεί να λειτουργήσει είτε συνδεδεμένα με το κύριο δίκτυο με δυνατότητα εισαγωγής/εξαγωγής ηλεκτρικής ενέργειας είτε σε κατάσταση νησιδοποίησης, δηλαδή απομόνωσης από το κύριο δίκτυο. Τα τελευταία χρόνια, τα μικροδίκτυα και ιδιαίτερα τα μικροδίκτυα DC, λόγω των πλεονεκτημάτων τους έναντι των μικροδικτύων AC, προσελκύουν την προσοχή όλο και περισσότερων ερευνητών από όλο τον κόσμο. Παρόλα τα πλεονεκτήματά τους, η ανάπτυξη των μικροδικτύων DC παρουσιάζει ορισμένες προκλήσεις. Η σημαντικότερη πρόκληση αποτελεί το φαινόμενο των κυκλοφορούντων ηλεκτρικών ρευμάτων, δηλαδή ηλεκτρικών ρευμάτων που κυκλοφορούν σε βρόχους που σχηματίζονται μεταξύ των πηγών αντί να καταλήγουν στο φορτίο προκαλώντας σημαντικές απώλειες ηλεκτρικής ενέργειας στις γραμμές μεταφοράς. Στο πλαίσιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας μελετήθηκε η καταστολή του συγκεκριμένου φαινομένου. Ειδικότερα, στο Κεφάλαιο 1, καταγράφονται οι λόγοι εμφάνισης της Διεσπαρμένης Παραγωγής, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά της, ορίζεται το μικροδίκτυο, περιγράφονται οι καταστάσεις λειτουργίας του και τα χαρακτηριστικά του. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των μικροδικτύων AC και DC με ιδιαίτερη έμφαση να δίνεται στα πλεονεκτήματα των μικροδικτύων DC έναντι των μικροδικτύων AC. Στο Κεφάλαιο 2, γίνεται εκτενής αναφορά στην εφαρμογή του ιεραρχικού ελέγχου στα μικροδίκτυα DC και ιδιαίτερα στον παθητικό πρωταρχικό ή πρωτογενή έλεγχο που ασχολείται με το διαμοιρασμό του φορτίου μεταξύ των πηγών. Ως η σημαντικότερη μορφή παθητικού πρωταρχικού ή πρωτογενούς ελέγχου αναδεικνύεται ο έλεγχος που βασίζεται στις χαρακτηριστικές καμπύλες Droop των μετατροπέων που χρησιμοποιούνται για την ένταξη των πηγών στο μικροδίκτυο. Τέλος, αναδεικνύονται τα δύο σημαντικότερα προβλήματα που σχετίζονται με τον έλεγχο Droop, ο κακός διαμοιρασμός του φορτίου και τα κυκλοφορούντα ηλεκτρικά ρεύματα. Στο Κεφάλαιο 3, καταγράφονται οι τρόποι αντιμετώπισης του φαινομένου των κυκλοφορούντων ηλεκτρικών ρευμάτων που προτείνονται από τη διεθνή βιβλιογραφία μέχρι και σήμερα. Έμφαση δίνεται στη μέθοδο Droop Index (DI), όπου η καταστολή των κυκλοφορούντων ηλεκτρικών ρευμάτων πραγματοποιείται μέσω της επιλογής κατάλληλων τιμών για τις εικονικές αντιστάσεις εξόδου R_droop των μετατροπέων του μικροδικτύου DC. Η μέθοδος στοχεύει στη βέλτιστη λύση για το σύστημα, δηλαδή στην μεγαλύτερη δυνατή καταστολή των κυκλοφορούντων ηλεκτρικών ρευμάτων και ταυτόχρονα στη μεγαλύτερη δυνατή μείωση των απωλειών ηλεκτρικής ενέργειας στις γραμμές μεταφοράς που αυξάνονται με την αύξηση των αντιστάσεων R_droop. Στο Κεφάλαιο 4, μελετάται η σχέση ανάμεσα στις αντιστάσεις R_droop και στο λόγο ή στους λόγους των τάσεων εξόδου των μετατροπέων ενός μικροδικτύου DC. Συγκεκριμένα, για τέσσερις συνολικά συνδεσμολογίες, δύο μονοπολικές και δύο διπολικές, αναλύονται και υπολογίζονται τα κυκλοφορούντα ηλεκτρικά ρεύματα και τα ηλεκτρικά ρεύματα των γραμμών μεταφοράς. Στη συνέχεια αναπτύσσονται αλγόριθμοι με τη βοήθεια του προγράμματος MATLAB που υπολογίζουν τις αντιστάσεις R_droop για διάφορες τιμές του λόγου ή των λόγων των τάσεων εξόδου των μετατροπέων των συνδεσμολογιών που μελετώνται με δεδομένα τα χαρακτηριστικά τους, δηλαδή τις αντιστάσεις των γραμμών μεταφοράς και τις αντιστάσεις των φορτίων. Τέλος, κατασκευάζουν τις καμπύλες ή τις επιφάνειες που δίνουν κατά προσέγγιση τις αντιστάσεις R_droop για οποιεσδήποτε τιμές του λόγου ή των λόγων των τάσεων εξόδου. Στο Κεφάλαιο 5, με τη βοήθεια του Simulink, μοντελοποιούνται οι συνδεσμολογίες που μελετήθηκαν στο Κεφάλαιο 4. Αρχικά, μηδενίζοντας τις αντιστάσεις R_droop, μετρώνται και καταγράφονται τα ηλεκτρικά ρεύματα των γραμμών μεταφοράς και το κυκλοφορούν ηλεκτρικό ρεύμα για κάθε συνδεσμολογία και για διάφορες τιμές του λόγου ή των λόγων των τάσεων εξόδου των μετατροπέων ενός μικροδικτύου DC. Στη συνέχεια, υπολογίζονται οι αντιστάσεις R_droop, όπως επίσης τα ηλεκτρικά ρεύματα των γραμμών μεταφοράς και το κυκλοφορούν ηλεκτρικό ρεύμα, με βάση τους αλγορίθμους που υλοποιούν τη μέθοδο Droop Index. Τέλος, επιλέγονται οι αντιστάσεις R_droop με βάση τις καμπύλες και τις επιφάνειες που παρουσιάστηκαν στο κεφάλαιο 4 και μετρώνται τα ηλεκτρικά ρεύματα των γραμμών μεταφοράς και το κυκλοφορούν ηλεκτρικό ρεύμα. Στόχος αποτελεί να συγκριθούν οι δύο μέθοδοι μεταξύ τους και να αντληθούν συμπεράσματα.	el
heal.abstract	The energy shortage, the need for reliability of power supply, the environmental pollution and the climate change have led to the development of alternative ways of producing electricity. Nowadays, distributed power generation – the production of electricity by small-scale power generation devices located near the load- is being largely used either as an alternative to the main power grid or as a backup. The invention of microgrids promises further development of distributed power generation. Microgrids are local power grids consisted of distributed power generators, loads, protection and energy storage devices which can operate either as an independent entity connected to the main power grid or in islanding mode. Recently, DC microgrids have become an attractive technology to many researchers due to their advantages over AC microgrids. Despite of their advantages, DC microgrids appear some serious disadvantages. The major disadvantage of DC microgrids is the existence of circulating currents – currents which circulate in loops created between the voltage sources without yielding any power to the load. As a result, circulating currents cause great power losses on the distribution lines. In this diploma thesis, the suppression of these circulating currents is examined. explained and its advantages and disadvantages are presented. Afterwards, the microgrid is defined and its operating modes and characteristics are pointed. Finally, the advantages and disadvantages Extensively, in Chapter 1, the causes of the development of distributed power generation are of DC and AC microgrids are discussed thoroughly. Emphasis is placed on the passive primary control through which load sharing is achieved. In Chapter 2, the application of hierarchical control in DC microgrids is presented. Subsequently, Droop control – the control method based on the Droop characteristics of the converters used to integrate the voltage sources into the DC microgrid – is pointed as the most widespread passive primary control method. Poor voltage regulation and the phenomenon of circulating currents are also described as the main problems primary control has to solve. suppress the circulating currents are listed. Emphasis is placed on the method called “Droop Index method”. According to this method, circulating currents are suppressed by the appropriately chosen In Chapter 3, the methods proposed by the international scientific community in order to virtual output resistances of the converters of a DC microgrid called. The Droop Index method looks for the optimum values of the abovementioned resistances in order to achieve the greatest possible suppression of the circulating currents as well as the greatest possible reduction of the power losses on the distribution lines which increase due to the existence of the resistances. In Chapter 4, the correlation between the resistances and the ratio or ratios of the output voltages of the converters of a DC microgrid is examined. Extensively, the circulating currents and the currents flowing through the distribution lines are analyzed and calculated for two unipolar and two bipolar topologies. Afterwards, algorithms which calculate the values of the resistances for various ratios o f the output voltages of the converters of the examined topologies are developed in MATLAB language. These algorithms also draw the curves or the surfaces which uniquely correlate the resistances with the ratio or ratios of the output voltages of the converters of the examined topologies. At this point, it should be mentioned that the - 8 - algorithms are developed with specific values of distribution line and load resistances taken into account. In Chapter 5, the examined topologies are modeled using Simulink. Firstly, the currents flowing through the distribution lines and the circulating currents are measured and presented for every examined topology and for various ratios of the output voltages of the converters. Secondly, the resistances, the currents flowing through the distribution lines and the circulating currents are calculated using conventional Droop Index method. Finally, the resistances are chosen from the curves and the surfaces drawn in Chapter 4 and the currents flowing through the distribution lines and the circulating currents are measured for one more time. The procedure followed aims to compare the two methods used to calculate the resistances. In Chapter 6, the most important conclusions drawn are gathered and presented all together.	en
heal.advisorName	Χατζηαργυρίου, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Παπαθανασίου, Σταύρος	el
heal.committeeMemberName	Γεωργιλάκης, Παύλος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Ηλεκτρικής Ισχύος	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	87 σ.
heal.fullTextAvailability	true