Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/8856
Title: Μοντελοποίηση και απευθείας έλεγχος ισχύος σε ανεμογεννήτρια με σύγχρονη γεννήτρια μόνιμου μαγνήτη σε λειτουργία μικροδικτύου
Authors: Παπαευαγγέλου, Αθηνά
Keywords: Ανεμογεννήτριες
Σύγχρονη γεννήτρια μόνιμου μαγνήτη
Απευθείας έλεγχος ισχύος
Μικροδίκτυα
Εύρεση σημείου μέγιστης ισχύος
Μοντελοποίηση
Έλεγχος με προσανατολισμό στο πεδίο
Keywords (translated): Wind turbines
Permanent magnet synchronous generator
Direct power control
Microgrids
Maximum power point tracking
Modeling
Field oriented control
PMSG
DPC
MPPT
FOC
Abstract: Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μοντελοποίηση και τον έλεγχο μιας ανεμογεννήτριας μεταβλητής ταχύτητας με σύγχρονη γεννήτρια μόνιμου μαγνήτη, στην περίπτωση απευθείας σύνδεσής της με το δίκτυο αλλά και στην περίπτωση που αυτή αποτελεί μέρος ενός μικροδικτύου. Στο Κεφάλαιο 1 εξηγούνται οι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και παρατίθενται στατιστικά στοιχεία για το μερίδιο που κατέχουν σήμερα στην παγκόσμια αγορά ηλεκτρικής ενέργειας, δίνοντας έμφαση στην αιολική ενέργεια. Επιπλέον, περιγράφονται τα κύρια χαρακτηριστικά της κατανεμημένης παραγωγής και των μικροδικτύων. Τέλος, πραγματοποιείται μία συνοπτική παρουσίαση των κυριότερων μονάδων κατανεμημένης παραγωγής και αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας. Στο Κεφάλαιο 2 παρουσιάζεται η βασική θεωρία που διέπει τη λειτουργία των ανεμογεννητριών και οι τεχνολογίες ανεμογεννητριών που εφαρμόζονται σήμερα. Ακόμη, περιγράφονται οι συνήθεις τοπολογίες των αιολικών συστημάτων και πάρκων και αναφέρονται οι κύριες απαιτήσεις που έχει το δίκτυο από αυτά. Στο Κεφάλαιο 3 αρχικά γίνεται αναφορά στα ημιαγωγικά στοιχεία ισχύος και στη συνέχεια πραγματοποιείται μία συνοπτική παρουσίαση των ηλεκτρονικών συσκευών ισχύος που βρίσκουν εφαρμογή στα αιολικά συστήματα καθώς επίσης και των μεθόδων παλμοδότησής τους. Στο Κεφάλαιο 4 πραγματοποιείται η μοντελοποίηση μίας ανεμογεννήτριας μεταβλητής ταχύτητας με σύγχρονη γεννήτρια μόνιμου μαγνήτη. Ειδικότερα, μετά από μία σύντομη περιγραφή της σύγχρονης γεννήτριας μόνιμου μαγνήτη, με τη βοήθεια του μετασχηματισμού Park εξάγεται το μαθηματικό μοντέλο της συγκεκριμένης γεννήτριας και των μετατροπέων του εν λόγω αιολικού συστήματος στο d-q πλαίσιο αναφοράς. Επιπλέον, παρατίθενται οι εξισώσεις που περιγράφουν το μηχανικό μέρος της ανεμογεννήτριας. Στο Κεφάλαιο 5 περιγράφονται διάφορες τεχνικές εύρεσης του σημείου μέγιστης ισχύος και ελέγχου της γωνίας βήματος των πτερυγίων των ανεμογεννητριών μεταβλητής ταχύτητας. Ακόμη, παρουσιάζονται οι συνήθεις τεχνικές ελέγχου των ηλεκτρονικών μετατροπέων ισχύος που περιλαμβάνονται στα αιολικά συστήματα μεταβλητής ταχύτητας με σύγχρονη γεννήτρια μόνιμου μαγνήτη. Τέλος, γίνεται εφαρμογή των παραπάνω τεχνικών ελέγχου, και πιο συγκεκριμένα του ελέγχου με προσανατολισμό στο πεδίο, του ελέγχου με προσανατολισμό στην τάση και του απευθείας ελέγχου ισχύος, στο αιολικό σύστημα του Κεφαλαίου 4. Στο Κεφάλαιο 6 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης μιας ανεμογεννήτριας με σύγχρονη γεννήτρια μόνιμου μαγνήτη σε απευθείας σύνδεση με το δίκτυο. Στο Κεφάλαιο 7 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης ενός μικροδικτύου αποτελούμενου από μία ανεμογεννήτρια με σύγχρονη γεννήτρια μόνιμου μαγνήτη, μία συστοιχία συσσωρευτών και ένα τοπικό φορτίο. Ειδικότερα, εξετάστηκαν τόσο η παραλληλισμένη με το δίκτυο λειτουργία του μικροδικτύου όσο και η αυτόνομη λειτουργία του. Τέλος, στο Κεφάλαιο 8 παρατίθενται τα κυριότερα συμπεράσματα και παρατηρήσεις που προέκυψαν κατά την εκπόνηση και με το πέρας αυτής της διπλωματικής εργασίας.
Abstract (translated): This thesis deals with modeling and control of a variable speed wind turbine with a permanent magnet synchronous generator, in the case of it being direct connected to the grid and in the case of it being part of a microgrid. In Chapter 1 the reasons which led to the development of renewable energy sources are explained and statistical data on their share on the global electricity market are given, with an emphasis on wind energy. Moreover, the main characteristics of distributed generation and microgrids are described. Finally, a short presentation of the main distributed generation and storage units is taking place. In Chapter 2 the basic theory governing the operation of wind turbines and wind turbine technologies applied nowadays are presented. Furthermore, the usual topologies of wind energy systems and wind farms are described and the main grid requirements are mentioned. In Chapter 3 firstly reference is made to the power electronics and thereafter an overview of power converters used in wind energy conversion systems and their switching schemes is taking place. In Chapter 4 the model of a variable speed wind turbine with a permanent magnet synchronous generator is introduced. In particular, after a short description of permanent magnet synchronous generator, the mathematical model of the specific generator and the power converters of the above-mentioned wind energy system in the d-q reference frame is extracted using Park transformation. Moreover, the equations that describe the mechanical part of the wind turbine are presented. In Chapter 5 various maximum power point tracking and pitch angle control techniques of variable speed wind turbines are described. In addition, the most common control techniques of power converters in variable speed wind energy systems with permanent magnet synchronous generator are presented. Finally, the above-mentioned techniques, more specifically field oriented control (FOC), voltage oriented control (VOC) and direct power control (DPC), are implemented on the wind energy system presented in Chapter 4. In Chapter 6 the simulation results of a grid-connected wind turbine with a permanent magnet synchronous generator are presented. In Chapter 7 the simulation results of a microgrid consisting of a permanent magnet synchronous generator wind turbine, a battery bank and a local load are presented. In particular, both grid-connected and islanded modes of the microgrid were examined. Finally, in Chapter 8 the main conclusions and observations of this thesis are listed.
Appears in Collections:Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογ. (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Papaevaggelou(ele).pdf4.6 MBAdobe PDFView/Open


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