Σχεδίαση και Υλοποίηση Σύγχρονου Αντισταθμιστή Άεργου Ισχύος - STATCOM - Γιωτόπουλος, Βασίλης (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Ηλεκτρικής Ισχύος, 2017)
Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται η λειτουργία ενός σύγχρονου συστήματος εγκάρσιας αντιστάθμισης γνωστού και ως STATCOM (Static Synchronous Compensator). Σήμερα ένα τέτοιο σύστημα έχει πολλές εφαρμογές στα συστήματα μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας (ευστάθεια τάσης, εξάλειψη αρμονικών, αντιστάθμιση άεργου ισχύος κ.τ.λ.). Σκοπός της εργασίας είναι η ανάλυση, ο σχεδιασμός και η υλοποίηση ενός τέτοιου συστήματος για τον έλεγχο της άεργου ισχύος. Για την πειραματική επιβεβαίωση όλης αυτής της ανάλυσης που παρουσιάζεται στην παρούσα εργασία, κατασκευάσαμε έναν τριφασικό STATCOM ισχύος 10kVA με ενσωματωμένο μικροϋπολογιστικό σύστημα 32-bit (MCU), το οποίο δοκιμάστηκε στο εργαστήριο Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας του Ε.Μ.Π. Οι κατασκευαστικές λεπτομέρειες, η μέθοδος υλοποίησης καθώς και τα πειραματικά αποτελέσματα , αποτελούν μέρος της εργασίας αυτής. Επιπλέον, τα αποτελέσματα της πειραματικής κατασκευής συγκρίνονται με τα αποτελέσματα προσομοίωσης του συστήματος σε περιβάλλον Matlab/Simulink. Τονίζεται ότι ο στόχος της πειραματικής κατασκευής είναι η ανάδειξη της λειτουργίας ενός συστήματος STATCOM μικρής ισχύος για την ελεγχόμενη έγχυση άεργου ισχύος στον ζυγό τον οποίο συνδέεται, χωρίς να δίνεται έμφαση σε βέλτιστα κριτήρια κατά τον σχεδιασμό του. Η διπλωματική εργασία διαρθρώνεται στα παρακάτω κεφάλαια: Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται μία σύντομη εισαγωγή στις ανάγκες των Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας για την καλύτερη αξιοποίηση και την αύξηση της ροής ισχύος, περιγράφονται οι συμβατικές μέθοδοι αντιμετώπισης που μέχρι σήμερα εφαρμόζονται, ενώ προτείνεται η χρήση μίας νέας οικογένειας συσκευών (FACTS) για την αποδοτικότερη και ευέλικτη αξιοποίηση της μεταφοράς ισχύος. Στην οικογένεια αυτή ανήκει και το STATCOM. Στο Κεφάλαιο 2 γίνεται ανάλυση του STATCOM, περιγράφεται η αρχή και ο τρόπος λειτουργίας του και εξάγονται τα μαθηματικά μοντέλα που το περιγράφουν σε συμμετρικές και μη συμμετρικές καταστάσεις του δικτύου. Επίσης παρουσιάζονται οι διάφορες τοπολογίες παθητικών φίλτρων (L, LC, LCL) οι οποίες εφαρμόζονται στην έξοδό του για την διασύνδεσή του με το δίκτυο. Στο Κεφάλαιο 3 περιγράφεται η στρατηγική ελέγχου του STATCOM βασισμένη στη θεωρία PQ. Περιγράφονται όλες οι επιμέρους βαθμίδες ελέγχου όπως ελεγκτής ρεύματος, ελεγκτής τάσης, διάταξη κλειδώματος φάσης (PLL), ενώ γίνεται αναφορά σε μεθόδους παθητικής και ενεργητικής απόσβεσης του φίλτρου εξόδου του STATCOM (passive and active damping resonance). Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα προσομοίωσης ενός τριφασικού συστήματος STATCOM σε περιβάλλον Matlab/Simulink. Στο Κεφάλαιο 5 περιγράφεται η υλοποίηση ενός συστήματος STATCOM, για πειραματικό και ερευνητικό σκοπό, καθώς παρουσιάζονται τα αποτελέσματα για διάφορες λειτουργικές καταστάσεις. Τα σχηματικά διαγράμματα της κατασκευής βρίσκονται στο Παράρτημα Γ. Το Κεφάλαιο 6 αποτελεί το τελευταίο κεφάλαιο στο οποίο, εξάγονται συγκεντρωτικά τα συμπεράσματα της παρούσας διπλωματικής εργασίας, γίνεται σύγκριση των πειραματικών αποτελεσμάτων σε σχέση με το μοντέλο προσομοίωσης αλλά και την θεωρία που αναπτύχθηκε, και αναφέρονται προτάσεις βελτίωσης και μελλοντικής έρευνας σε σχέση με το γενικότερο αντικείμενο μελέτης της παρούσας διπλωματικής.