Μοντελοποίηση ανεμογεννήτριας σε πραγματικό χρόνο για μελέτη ρύθμισης συχνότητας

Abstract

Τα τελευταία χρόνια και λόγω της όλο και μεγαλύτερης διείσδυσης της αιολικής ενέργειας στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας (Σ.Η.Ε.) και κυρίως στα αυτόνομα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας, έχει γίνει πιο επιτακτική η ανάγκη της συμμετοχής των ανεμογεννητριών στην πρωτεύουσα ρύθμιση φορτίου - συχνότητας. Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας μελετήθηκε αυτό το φαινόμενο και αναπτύχθηκαν τρία μοντέλα. Το πρώτο μοντέλο, το οποίο ήταν ένα δίκτυο, προσομοιώθηκε στο matlab-simulink και αναπαραστήθηκε ως ισοδύναμο μοντέλο μεταβολών ισχύος - ροπής ενός ζυγού και περιλαμβάνει ένα υδροηλεκτρικό, μια ανεμογεννήτρια και ένα φορτίο. Το δεύτερο μοντέλο, αναπτύχθηκε στο εργαστήριο Σ.Η.Ε. στο RSCAD και εκτελέστηκε στο RTDS και αναφέρεται σ’ ένα μικρό και αυτόνομο δίκτυο μιας σύγχρονης γεννήτριας μαζί με μια ανεμογεννήτρια και ένα φορτίο. Τέλος το τρίτο μοντέλο αναπτύχθηκε και αυτό στο RSCAD και αναφέρεται στο δίκτυο Μέσης Τάσης του μικρού ελληνικού νησιού Αγίου Ευστρατίου (Άη Στράτης). Ελήφθησαν αποτελέσματα για τέσσερις περιπτώσεις στρατηγικής λειτουργίας της ανεμογεννήτριας: Για την κλασική λειτουργία, όπου η ανεμογεννήτρια δε συμμετέχει καθόλου στη ρύθμιση, για τη συμμετοχή στην αδρανειακή απόκριση του δικτύου, για την αποφόρτιση της ανεμογεννήτριας μέσω του ελέγχου της γωνίας του βήματος της έλικας καθώς και για το συνδυασμό των δύο προηγούμενων μεθόδων. Για όλα αυτά τα μοντέλα και για όλες αυτές τις περιπτώσεις στρατηγικής λειτουργίας της ανεμογεννήτριας, εξετάστηκαν διάφορα σενάρια ταχύτητας ανέμου και μεταβολών του φορτίου. Τέλος, η πραγματική ταχύτητα ανέμου μετρήθηκε και χρησιμοποιήθηκε ως είσοδος στο μοντέλο της ανεμογεννήτριας στο RTDS και μελετήθηκε η επίδραση της στη συχνότητα του δικτύου.

In recent years, the participation of wind generator in primary load - frequency control of power systems has become imperative, especially in autonomous electric systems, due to the increased integration of the wind energy in the grid. Ιn this diploma thesis, this phenomenon was studied and three models were developed. The first model which was a network represented by a single bus system and consisting of a hydro station, a wind generator and a load, was simulated in Matlab-Simulink. The second model was a small electric system, consisting of a synchronous generator, a wind generator and a load. This was developed in the lab of power systems with RSCAD and was implemented in Real Time Digital Simulator (RTDS). Finally, the last model, which was also developed in RSCAD and implemented in RTDS, was the medium voltage network of a small Greek island, “Agios Eustratios (Ai Stratis)”. The results concern four different operation strategies for the wind generator. The classic method that does not allow wind generator to contribute to frequency control, the contribution to the inertial response of the system, the pitch control deloading strategy and the combination of the two previous methods. Different scenarios concerning wind speed and load were examined for the above models as well as for all strategies. Finally, the effect of wind speed on the system frequency was studied, by using real time wind speed.