Εφαρμογή τεχνολογίας W-BPL σε γραμμή ΜΤ με φωτοβολταϊκή παραγωγή

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής είναι η εφαρμογή ενός τηλεπικοινωνιακού δικτύου, βασισμένο στην τεχνολογία ασύρματης ευρυζωνικής μετάδοσης πληροφορίας μέσω των γραμμών ηλεκτρικής ισχύος (τεχνολογία W-BPL – Wireless Broadband over Power Lines), σε γραμμή μέσης τάσης (ΜΤ) με φωτοβολταϊκή παραγωγή ενός αυτόνομου νησιωτικού συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας (ΗΕ). Την τελευταία δεκαετία, οι τεχνολογικές καινοτομίες και οι αλλαγές στο οικονομικό και το ρυθμιστικό περιβάλλον έφεραν στο προσκήνιο τη διασπαρμένη παραγωγή (ΔΠ) ΗΕ. Οι μονάδες ΔΠ χρησιμοποιούν κυρίως τεχνολογίες ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ΑΠΕ), όπως είναι τα φωτοβολταϊκά και τα αιολικά πάρκα. Η ενσωμάτωση των μονάδων ΔΠ αλλάζει την αρχή λειτουργίας του παραδοσιακού δικτύου ΗΕ. Στις μέρες μας αναπτύσσονται τα δίκτυα ΗΕ του μέλλοντος, που ονομάζονται και ευφυή δίκτυα (smart grids). Κατά την ανάπτυξη των νέων δικτύων, παρατηρείται ότι η επικοινωνία σε κάθε επίπεδο είναι ιδιαίτερα σημαντική. Η ανάγκη για μετάδοση πληροφορίας μεταξύ των χρηστών του δικτύου επιβεβαιώνει ότι η πληροφορία επηρεάζει τη σχεδίαση των δικτύων. Η εφαρμογή W-BPL τεχνολογίας στα δίκτυα ΗΕ είναι αναδυόμενη και αποτελεί μία επιχειρησιακή και επιχειρηματική δραστηριότητα που τώρα αρχίζει να αναπτύσσεται. Το ίδιο το δίκτυο ΗΕ αποκτά τη δυνατότητα αυτοδιαχείρισης και πραγματικού χρόνου παρακολούθησης. Στην παρούσα διπλωματική μελετάται η δυνατότητα αύξησης της διείσδυσης μονάδων φωτοβολταϊκής παραγωγής, σε γραμμή ΜΤ, εφαρμόζοντας κεντρικό έλεγχο με W-BPL τεχνολογία. Ενσωματώνοντας το W-BPL δίκτυο στη γραμμή ΜΤ, οι κόμβοι επικοινωνούν σε πραγματικό χρόνο μεταξύ τους και με το κέντρο ελέγχου ενέργειας ανταλλάσσοντας πληροφορία και εντολές. Η ανταλλαγή πληροφορίας και εντολών οδηγεί στη βέλτιστη λειτουργία των φωτοβολταϊκών συστημάτων (ΦΣ), αυξάνοντας τη διείσδυση χωρίς να αλλοιώνονται τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά της γραμμής ΜΤ. Στο πρώτο κεφάλαιο της διπλωματικής γίνεται εισαγωγή στη ΔΠ. Αναλύονται οι τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται και η επίδραση της ΔΠ στο δίκτυο ΗΕ. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφονται τα ευφυή δίκτυα, η μετάβαση από τα παραδοσιακά δίκτυα στα δίκτυα του μέλλοντος και παρουσιάζεται η W-BPL τεχνολογία. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφεται ένα αυτόνομο νησιωτικό σύστημα (ΑΝΣ) με φωτοβολταϊκή παραγωγή. Αναλύονται τα χαρακτηριστικά του ΑΝΣ και των ΦΣ, τα ζητήματα σύνδεσης των ΦΣ στη γραμμή ΜΤ και παρουσιάζεται ο ρόλος του κέντρου ελέγχου ενέργειας. Στο τέταρτο κεφάλαιο εισάγονται οι όροι και τα στοιχεία οργάνωσης του τηλεπικοινωνιακού δικτύου W-BPL που εφαρμόζεται στη γραμμή ΜΤ του αυτόνομου νησιωτικού δικτύου. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται με χρήση του προγράμματος MATLAB η προσομοίωση της γραμμής ΜΤ. Παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων για τις περιπτώσεις όπου εφαρμόζεται ή όχι ο έλεγχος μέσω W-BPL τεχνολογίας. Τέλος στο τελευταίο κεφάλαιο αναλύονται τα συμπεράσματα της προσομοίωσης.

The aim of this dissertation is to implement a telecommunication network, based on broadband over power lines transmission network (W-BPL technology – Wireless Broadband over Power Lines), on a medium voltage (MV) line of an autonomous island grid, where photovoltaic generations are connected. During the last decade, technological innovations and changes in economic and regulatory environment brought to the fore the Distributed Generation (DG). The DG technologies primarily use renewable energy resources (RES), such as solar and wind farms. The integration of DG has changed the operating principle of the traditional power system. Nowadays, the future grids, also called smart grids, have been developed. During the development of the future grids, it has been mentioned that telecommunication is vital at every level. The need to transmit information among users confirms the fact that information plays a determined role in power system design. The implementation of W-BPL technology on power grids is emerging and it becomes an operational and business project that is now beginning to develop. The power system itself becomes able for self-management and real time monitoring. At this dissertation is studied the possibility of increasing the penetration of PV modules on a MV line, applying centralized control through W-BPL technology. Incorporating the W-BPL network on MV line, nodes are able to communicate in real time between them and with the network operation center (NOC) exchanging information and commands. The exchange of information and commands leads to the optimal operation of PV systems and it increases the penetration without altering the electrical characteristics of the MV line. In the first section DG is introduced. Technologies that are used as well as the effect of DG on the power system are analyzed. In the second section the smart grids are described and the transition from traditional power grids to the power grids of the future and the W-BPL technology is introduced. An autonomous island power grid with PV production is described in the third section. The characteristics of the autonomous island grid and the PV systems are analyzed. The issues of connecting PV systems on a MV line are also analyzed in the third section and finally the role of the network operation center is presented. In the fourth section the terms and elements of the organization of a W-BPL network are introduced, which will be applied on a MV line of an autonomous island grid. In the fifth section, with the use of MATLAB, a simulation of a MV line with PV systems is carried out. The results are presented for all cases where control through W-BPL technology is applied or not. Finally, in the last section the findings of the simulation are analyzed.