Τοπικός και συντονισμένος έλεγχος τάσης σε δίκτυα με διεσπαρμένη παραγωγή σε πραγματικό χρόνο - Μανιατόπουλος, Μάριος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Ηλεκτρικής Ισχύος, 2014)
Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζονται οι δύο βασικές κατηγορίες μεθόδων ρύθμισης της τάσης των δικτύων διανομής, ο τοπικός έλεγχος τάσης και ο συντονισμένος έλεγχος τάσης, και γίνεται σύγκριση μεταξύ τους. Η ρύθμιση της τάσης είναι απαραίτητη στα δίκτυα διανομής λόγω του φαινομένου της ανύψωσης τάσης που παρατηρείται από την ολοένα και αυξανόμενη διείσδυση των μονάδων διεσπαρμένης παραγωγής σε αυτά, και κυρίως των φωτοβολταϊκών συστημάτων. Στο πλαίσιο αυτό, πραγματοποιήθηκαν δύο πειράματα προσομοίωσης σε πραγματικό χρόνο, ένα για τη μελέτη συστήματος τοπικού ελέγχου σε μικροδίκτυο χαμηλής τάσης, και ένα για τη μελέτη συστήματος συντονισμένου ελέγχου σε δίκτυο μέσης τάσης. Αρχικά, γίνεται συνοπτική παρουσίαση των χαρακτηριστικών των μονάδων διεσπαρμένης παραγωγής και παρουσιάζονται οι επιπτώσεις που επιφέρει η μεγάλης κλίμακας ενσωμάτωση τους στα δίκτυα διανομής. Στη συνέχεια, γίνεται ανάλυση των τρόπων αντιμετώπισης αυτών των επιπτώσεων, δίνοντας έμφαση στη μέθοδο ρύθμισης τάσης με τον έλεγχο της ροής αέργου ισχύος των αντιστροφέων των μονάδων διεσπαρμένης παραγωγής, στους μετασχηματιστές με Συστήματα Αλλαγής Τάσης Yπό Φορτίο (ΣΑΤΥΦ) και στη σύγκριση μεταξύ των συστημάτων τοπικού ελέγχου τάσης και συντονισμένου ελέγχου τάσης.. Στη συνέχεια γίνεται η παρουσίαση του ψηφιακού προσομοιωτή πραγματικού χρόνου (RTDS) του εργαστηρίου ΣΗΕ του Ε.Μ.Π. Γίνεται αναλυτική περιγραφή των χαρακτηριστικών του και της λειτουργίας του, καθώς και του αντίστοιχου προγραμματισικού περιβάλλοντος που χρησιμοποιείται για τον σχεδιασμό των δικτύων και την εξαγωγή των αποτελεσμάτων (RSCAD). Όσον αφορά τις πειραματικές διαδικασίες που πραγματοποιήθηκαν, η πρώτη αφορά την μοντελοποίηση και την προσομοίωση στο RSCAD ενός πρότυπου μικροδικτύου χαμηλής τάσης για τη μελέτη του τοπικού ελέγχου τάσης. Επιλέχθηκε η επιθυμητή ρύθμιση τάσης να πραγματοποιείται ελέγχοντας τοπικά τη ροή αέργου ισχύος των αντιστροφέων των φωτοβολταϊκών του μικροδικτύου μέσω καμπυλών στατισμού αέργου ισχύος-τάσης. Επίσης, ενσωματώθηκε σύστημα περικοπής ενεργού ισχύος με βάση τη συχνότητα στους αντιστροφείς. Οι προσομοιώσεις που εκτελέστηκαν αφορούσαν την ημερήσια συμπεριφορά του μικροδικτύου και πραγματοποιήθηκαν τόσο κατά τη συνδεδεμένη λειτουργία του, όσο και κατά τη νησιδοποιημένη. Τέλος, πραγματοποιήθηκε και έλεγχος της απόκρισης του μικροδικτύου στα μεταβατικά φαινόμενα που προκαλούνται από την μετάβαση απο συνδεδεμένη σε νησιδοποιημένη λειτουργία του μικροδικτύου σε πραγματικό χρόνο. Η δεύτερη πειραματική διαδικασία αφορά μια προσομοίωση Software in the Loop (SIL), κατά την οποία γίνεται η μοντελοποίηση ενός δικτύου μέσης τάσης στο RSCAD και η ανάπτυξη του αλγορίθμου ενός κεντρικού ελεγκτή στο προγραμματιστικό περιβάλλον MATLAB, για τη μελέτη της λειτουργίας ενός συστήματος συντονισμένου ελέγχου τάσης. Αρχικά, γίνεται περιγραφή του δικτύου που αναπτύχθηκε, καθώς και του αλγορίθμου που εκτελείται από τον κεντρικό ελεγκτή για τη ρύθμιση των τάσεων. Τα στοιχεία του δικτύου που συμβάλλουν στη ρύθμιση είναι οι αντιστροφείς των φωτοβολταϊκών και ένας μετασχηματιστής με ΣΑΤΥΦ. Στη συνέχεια, παρουσιάζεται αναλυτικά ο τρόπος επικοινωνίας μεταξύ του RTDS και του MATLAB και κατόπιν ο τελικός αλγόριθμος που αναπτύξαμε για τη μοντελοποίηση του ελεγκτή. Τέλος, παρουσιάζονται και αναλύονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης και πραγματοποιούνται συγκρίσεις με τα αντίστοιχα αποτελέσματα των προσομοιώσεων του ίδιου δικτύου για σενάρια χωρίς ρύθμιση τάσης και με Τοπικό Έλεγχο Τάσης.