Ανάλυση και έλεγχος αυτόνομου μικροδικτύου με υποστήριξη αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας
Loading...
Date
2026-10-07
Authors
Αρβανίτης, Νικόλαος
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η εργασία εξετάζει τη λειτουργία ενός αυτόνομου φωτοβολταϊκού μικροδικτύου με αποθήκευση ενέργειας σε μπαταρία. Η διάταξη περιλαμβάνει φωτοβολταϊκή πηγή, μετατροπέα Boost, κοινό DC ζυγό με τάση αναφοράς 800V, μπαταρία με αμφίδρομο μετατροπέα DC/DC, τριφασικό αντιστροφέα πηγής τάσης, φίλτρο LC και τοπικά φορτία συνεχούς και εναλλασσόμενου ρεύματος. Επειδή το μικροδίκτυο δεν συνδέεται με εξωτερικό ηλεκτρικό δίκτυο, οι μεταβολές της παραγωγής και του φορτίου πρέπει να καλύπτονται από τις μονάδες που υπάρχουν μέσα στο ίδιο το σύστημα.
Το μοντέλο αναπτύχθηκε στο MATLAB/Simulink R2023b απευθείας από τις διαφορικές εξισώσεις των επιμέρους υποσυστημάτων. Οι μετατροπείς περιγράφονται με μοντέλα μέσης τιμής, χωρίς αναλυτική προσομοίωση των ημιαγωγικών διακοπτών και των παλμών PWM. Η φωτοβολταϊκή πηγή αποδίδεται με απλοποιημένη γραμμική χαρακτηριστική τάσης–ρεύματος, ενώ για την μπαταρία χρησιμοποιείται ισοδύναμο κύκλωμα δεύτερης τάξης με δύο κλάδους RC και υπολογισμό της κατάστασης φόρτισης.
Στη φωτοβολταϊκή πλευρά εφαρμόζεται αλγόριθμος Perturb and Observe, ο οποίος μεταβάλλει την αναφορά ρεύματος και αναζητά το σημείο μέγιστης ισχύος. Ο εσωτερικός βρόχος ρεύματος του Boost υπολογίζει τη μεταβλητή διαμόρφωσης mPV. Η μπαταρία αναλαμβάνει τη ρύθμιση της τάσης του DC ζυγού μέσω εξωτερικού PI ελεγκτή της Vdc και εσωτερικού βρόχου του Ibat. Ανάλογα με το ενεργειακό ισοζύγιο, απορροφά την πλεονάζουσα ισχύ ή καλύπτει μέρος του ελλείμματος.
Ο αντιστροφέας ελέγχεται στο σύγχρονο πλαίσιο dq. Οι εξωτερικοί βρόχοι ρυθμίζουν τις τάσεις Ud και Uq, ενώ οι εσωτερικοί βρόχοι ελέγχουν τα ρεύματα id και iq και παράγουν τις μεταβλητές md και mq. Η συχνότητα της AC πλευράς ορίζεται εσωτερικά στα 50 Hz, καθώς δεν υπάρχει εξωτερικό δίκτυο με το οποίο πρέπει να συγχρονιστεί ο αντιστροφέας.
Το σύστημα διαχείρισης ενέργειας παρακολουθεί τη φωτοβολταϊκή παραγωγή, τη συνολική ισχύ των φορτίων, το SoC και τα όρια λειτουργίας της μπαταρίας. Με βάση αυτά τα μεγέθη διακρίνει κανονική φόρτιση, εκφόρτιση, λειτουργία μέσα στη νεκρή ζώνη ισχύος, περιορισμό της φωτοβολταϊκής παραγωγής και απόρριψη μη κρίσιμου φορτίου. Η παρέμβασή του πραγματοποιείται μέσω της τελικής αναφοράς του φωτοβολταϊκού ρεύματος και του σήματος load_shed, ενώ η ενεργή αναφορά ρεύματος της μπαταρίας παράγεται από τον ελεγκτή της Vdc.
Οι προσομοιώσεις καλύπτουν την εκκίνηση του συστήματος, τη λειτουργία του MPPT, συνθήκες πλεονάσματος και ελλείμματος ισχύος, προσέγγιση των ορίων του SoC, περικοπή φωτοβολταϊκής παραγωγής και απόρριψη φορτίου. Στις κανονικές συνθήκες λειτουργίας, η Vdc επανέρχεται στην αναφορά των 800 V, ο MPPT οδηγεί τη φωτοβολταϊκή πηγή κοντά στο θεωρητικό σημείο μέγιστης ισχύος και οι βρόχοι του VSI ρυθμίζουν τις μεταβλητές της AC πλευράς. Τα σενάρια προστασίας ανέδειξαν και ορισμένους περιορισμούς, κυρίως την έμμεση επίδραση του EMS στο ρεύμα της μπαταρίας και τις γρήγορες εναλλαγές μεταξύ καταστάσεων όταν δεν υπάρχει υστέρηση. Τα συμπεράσματα αφορούν το συγκεκριμένο μοντέλο μέσης τιμής και δεν αποτελούν πειραματική επαλήθευση πραγματικής εγκατάστασης.
Description
Keywords
Αυτόνομα μικροδίκτυα, Φωτοβολταϊκή παραγωγή, Αποθήκευση ενέργειας