Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/10064
Title: Μεταβατική συμπεριφορά συστημάτων με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας
Other Titles: Transient behaviour of systems with renewable energy sources
Authors: Σακελλαράκου, Νικολέττα
Keywords: Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ)
Αιολική ενέργεια
Αιολικά συστήματα
Επαγωγική γεννήτρια διπλής τροφοδοσίας
Μεταβατικά φαινόμενα
Κεραυνικά πλήγματα
Keywords (translated): Renewable energy sources (RES)
Wind power
Wind systems
Doubly fed induction generator
Lightning strikes
Transients
Matlab/Simulink
Abstract: Η διαφαινόμενη εξάντληση των ενεργειακών αποθεμάτων των συμβατικών καυσίμων του πλανήτη μας, σε συνδυασμό με τη διαρκώς αυξανόμενη ζήτηση ενέργειας και τη βαθμιαία επιδείνωση των περιβαλλοντικών προβλημάτων, οδήγησε τις σύγχρονες κοινωνίες να στραφούν προς την αξιοποίηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Για αυτούς ακριβώς τους λόγους, οι ΑΠΕ αποτελούν αντικείμενο μελέτης και προβληματισμού του ηλεκτρολόγου μηχανικού. Η πλέον ελπιδοφόρα μορφή ΑΠΕ είναι η αιολική. Τα τελευταία χρόνια ο αριθμός της εγκατεστημένης ισχύος αιολικών συστημάτων έχει αυξηθεί ραγδαία. Η εγκατάσταση ανεμογεννητριών όμως, σε ένα ήδη διαμορφωμένο δίκτυο παραγωγής, μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, είναι μία σύνθετη διαδικασία που εμπεριέχει σφάλματα. Για το λόγο αυτό υπάρχει μία σειρά προϋποθέσεων και κανονισμών για τη διασύνδεση αυτή. Ιδιαίτερα κρίσιμο είναι το ζήτημα των υπερτάσεων που δημιουργούνται λόγω κεραυνικών πληγμάτων σε ένα αιολικό σύστημα που είναι συνδεδεμένο στο δίκτυο. Το κεραυνικό πλήγμα σε αυτή την περίπτωση προκαλεί μία σειρά από επιπτώσεις που ποικίλουν από σφάλματα ή βλάβες σε συγκεκριμένα στοιχεία του συστήματος, μέχρι και την ολική κατάρρευσή του, αν δεν υπάρχουν τα κατάλληλα συστήματα προστασίας. Σε πρώτη φάση, η παρούσα εργασία επιχειρεί την εξοικείωση με τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και ιδιαίτερα με τα αιολικά συστήματα, καθώς και με το φαινόμενο του κεραυνού. Ο βασικός στόχος της είναι η -μέσω προσομοιώσεων με το MATLAB/Simulink- μελέτη των μεταβατικών φαινομένων που παρατηρούνται σε αιολικά συστήματα λόγω υπερτάσεων που προκαλούνται από κεραυνικά πλήγματα και η εξαγωγή συμπερασμάτων για τη βελτίωση των συστημάτων αντικεραυνικής προστασίας. Ακολουθεί μία σύντομη περιγραφή των θεμάτων που καλύπτονται σε κάθε κεφάλαιο. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μία περιγραφή του σύγχρονου ενεργειακού τοπίου και της στροφής προς τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Πιο συγκεκριμένα, παρουσιάζονται τα είδη των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους, καθώς και η ανάπτυξή τους τα τελευταία χρόνια σε διεθνές και εθνικό επίπεδο. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύεται η αιολική ενέργεια, καθώς επίσης και τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματά της. Περιγράφεται ο ρυθμός αξιοποίησης της τα τελευταία χρόνια σε παγκόσμιο, ευρωπαϊκό και εγχώριο επίπεδο και αναφέρονται οι προοπτικές της. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα κυριότερα ανεμολογικά στοιχεία, τα βασικά χαρακτηριστικά των ανεμογεννητριών και τα αιολικά πάρκα. Επιπλέον, αναφέρονται οι βασικοί κανονισμοί και προϋποθέσεις για τη σύνδεση των ανεμογεννητριών στο δίκτυο. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στα μεταβατικά φαινόμενα σε συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας, καθώς και μία ταξινόμηση αυτών. Στη συνέχεια, αναλύονται το φαινόμενο του κεραυνού, οι κύριες παράμετροι και τα βασικά χαρακτηριστικά του, καθώς και οι συνέπειες των κεραυνικών πληγμάτων. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στη μεθοδολογία προσομοιώσεων ηλεκτρικών συστημάτων με χρήση υπολογιστικών προγραμμάτων και περιγράφεται το περιβάλλον προσομοιώσεων MATLAB/Simulink που χρησιμοποιείται στην παρούσα εργασία. Επιπρόσθετα, παρουσιάζονται κάποια απλά παραδείγματα για την εξοικείωση με το MATLAB και τις βιβλιοθήκες που θα χρησιμοποιηθούν. Στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα στοιχεία του προτύπου IEC 62305-1 για το κεραυνικό ρεύμα και τις παραμέτρους του και στη συνέχεια παρουσιάζεται η μέθοδος υλοποίησης της μονάδας που το αντιπροσωπεύει στο μοντέλο προσομοιώσεων. Στο έβδομο κεφάλαιο παρατίθενται στοιχεία για τις ανεμογεννήτριες μεταβλητής ταχύτητας με επαγωγική γεννήτρια διπλής τροφοδοσίας, περιγράφεται η μεθοδολογία της δυναμικής μοντελοποίησης και αναλύεται διεξοδικά η διαδικασία μοντελοποίησης του αιολικού συστήματος, του οποίου η λειτουργία θα προσομοιωθεί στα πλαίσια της παρούσας εργασίας. Στο όγδοο και τελευταίο κεφάλαιο παρουσιάζεται το τελικό μοντέλο προσομοιώσεων που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της εργασίας χρησιμοποιώντας το περιβάλλον προσομοιώσεων MATLAB/Simulink. Παρατίθενται επίσης οι μετρήσεις που εξήχθησαν και παρουσιάζονται τα συμπεράσματα του πρακτικού μέρους της εργασίας.
Abstract (translated): The looming depletion of energy reserves of our planet's fossil fuels, combined with the increasing demand for energy and the gradual deterioration of environmental problems, has led modern societies to move towards the use of renewable energy sources. For these reasons, RES are a subject of study and speculation for electrical engineers. The most promising form of renewable energy is wind. In recent years, the number of installed capacity of wind power systems has rapidly increased. Installing wind turbines to an already configured network (for production, transmission and distribution of electricity) is a complex procedure with faults. Because of that, there are many conditions and regulations for this interconnection. The overvoltage generated by lightning strikes to a wind power system – connected to the network - is critical. In this case, the lightning strike causes a series of effects, such as faults to specific elements of the system and even total collapse in case the system lacks on protection systems. The initial purpose of this thesis is the familiarization with renewable energy sources, especially with wind power and with lightning effect. The main objective is to study transient phenomena-through simulations with MATLAB / Simulink- occurring in wind systems due to overvoltages caused by lightning strikes and to extract conclusions regarding the improvement of lightning protection systems. A brief description of topics covered in each chapter is presented below. The first chapter is a description of the modern landscape of energy and its shift to renewable energy sources. More specifically, the types of renewable energy sources are presented, along with their advantages and disadvantages, as well as their development in recent years at international and national level. In the second chapter the wind power is analysed, as well as the advantages and disadvantages of it. Furthermore, the utilization rate in recent years at the global, European and domestic level and its prospects are described. The third chapter presents the main wind data, the essential characteristics of wind turbines and wind farms, as well as the basic regulations and requirements for connecting wind turbines to the grid. The fourth chapter is an introduction to transients in electrical power systems and a classification of them. Then, the lightning phenomenon, the main parameters and basic features are analysed, as well as the effects of lightning strikes. The fifth chapter concerns the electrical systems simulation methodology using computer programs and describes the MATLAB / Simulink simulation environment used in this thesis. Additionally, some simple examples are presented for familiarization with MATLAB and libraries to be used. The sixth chapter presents the elements of the IEC 62305-1 standard for lightning current and its parameters, and then describes the method of implementation of the unit that represents it in the simulation model. The seventh chapter includes information about the variable speed wind turbines with doubly fed induction generator, describes the methodology of dynamic modeling and thoroughly analyzes the modeling process of the wind system, whose function will be simulated in the present thesis. The eighth and final chapter presents the final simulation model developed within the thesis using the simulation environment MATLAB / Simulink, as well as the measurements and conclusions exported from the practical part of the thesis.
Appears in Collections:Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογ. (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Sakellarakou(ele).pdf3.98 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.