Στην παρούσα διατριβή πραγματοποιείται μια προσπάθεια ανάπτυξης ενός ευέλικτου και αποδοτικού συστήματος ελέγχου ισχύος σε εφαρμογές Α.Π.Ε. Στόχος είναι η οικονομική και αξιόπιστη διαχείριση της ισχύος σε ένα μικροδίκτυο, όπως αυτό ενός φωτοβολταϊκού πάρκου και η αποδοτική ανταλλαγή ενέργειας με το δίκτυο.
Η ιδέα στηρίζεται στην κατανομή των επιμέρους λειτουργιών ελέγχου σε πολλαπλές βαθμίδες μικροελεγκτών – μικροεπεξεργαστών ανάλογα με την ιεραρχία. Έτσι, αρχικά ο έλεγχος ισχύος κάθε επιμέρους υποομάδας υλοποιείται σε έναν αφιερωμένο για αυτόν τον σκοπό μικροελεγκτή, ο οποίος θα παράγει το επιθυμητό διάνυσμα ελέγχου. Στη συνέχεια, λόγω της δυνατότητας παράλληλης επεξεργασίας σημάτων επιλέχθηκε η συσκευή ΜΑΧ 10 της Altera για την υλοποίηση της παλμοδότησης των αντιστροφέων σύμφωνα με το διάνυσμα ελέγχου. Η τελευταία έχει τη δυνατότητα ελέγχου 14 μονοφασικών αντιστροφέων παράλληλα. Τέλος, οι μικροελεγκτές μπορούν να ελεγχθούν από τον χρήστη μέσω επικοινωνίας τους με έναν κεντρικό επεξεργαστή.
Έτσι, στην ιεραρχία βρίσκεται αρχικά ο «κεντρικός» επεξεργαστής ο οποίος ελέγχει τους μικροελεγκτές στους οποίους πραγματοποιείται η υλοποίηση του ελέγχου ισχύος. Οι τελευταίοι αποτελούν τη μεσαία βαθμίδα και στο τέλος βρίσκεται η συσκευή ΜΑΧ 10. Η κατανομή αυτή έγινε με βάση την πολυπλοκότητα – σπουδαιότητα κάθε τμήματος.
Επίσης, στη διατριβή αυτή πραγματοποιήθηκαν προσομοιώσεις τόσο του ελέγχου ενεργού άεργου ισχύος όσο και της παλμοδότησης. Πιο συγκεκριμένα, αναλύθηκαν τρεις μέθοδοι ελέγχου και εξετάστηκαν τα πλεονεκτήματα – μειονεκτήματα κάθε μιας από αυτές. Επίσης, εξετάστηκαν οι λόγοι επιλογής της μονοπολικής SPWM παλμοδότησης. Ακόμη, έγινε ανάλυση του υπολογισμού του LCL φίλτρου στην έξοδο του αντιστροφέα και ο τρόπος κατασκευής του. Τέλος, διεξήχθησαν επίσης και πειραματικά αποτελέσματα του συστήματος σε λειτουργία τόσο εντός δικτύου όσο και εκτός δικτύου.
Για τον συγχρονισμό με το δίκτυο είναι απαραίτητη η χρήση ενός PLL για την επίβλεψη της γωνίας του δικτύου κάθε χρονικής στιγμής. Λόγω της μεγάλης γκάμας PLL που υπάρχουν στη βιβλιογραφία και των διαφορετικών χαρακτηριστικών που διαθέτουν, στην παρούσα εργασία έγινε μία ανάλυση διαφόρων PLL με στόχο την επιλογή του καταλληλότερου για τη δεδομένη εφαρμογή. Παρατηρήθηκε ότι κανένα από αυτά δεν παρουσιάζει μόνο πλεονεκτήματα, αλλά υπάρχει μία κατανομή αυτών μεταξύ των διαφόρων χαρακτηριστικών τους ανάλογα με την εφαρμογή.
Παρακάτω δίνεται επιγραμματικά το περίγραμμα της διατριβής:
Στο κεφάλαιο 1 πραγματοποιείται μία διεξοδική ανασκόπηση των PLL. Στόχος του κεφαλαίου είναι η μελέτη των χαρακτηριστικών και της συμπεριφοράς των διαφόρων PLLγια την επιλογή του καταλληλότερου. Τα PLL δοκιμάστηκαν τόσο σε επίπεδο προσομοίωσης όσο και πειραματικού σε διάφορες μεταβολές, όπως μία βηματική μεταβολή συχνότητας ή φάσης, εισαγωγή αρμονικών και θορύβου. Παρατηρήθηκε ότι κάθε δομή PLL παρουσιάζει θετικά σε δεδομένες μόνο περιπτώσεις. Βέβαια κάποια από αυτά διαφέρουν κατά πολύ από τα υπόλοιπα όσον αφορά τα χαρακτηριστικά τους.
Στο κεφάλαιο 2 αναλύονται τρεις μέθοδοι ελέγχου ενεργού και αέργου ισχύος ως προς την απόκριση τους στις μεταβολές τόσο της ενεργού όσο και αέργου ισχύος. Επίσης, εξετάστηκαν ως προς την αξιοπιστία και ευστάθεια σε ακραίες περιπτώσεις μεταβολών και συνθηκών λειτουργίας.
Στο κεφάλαιο 3 υλοποιείται η μονοπολική SPWM για την οδήγηση του αντιστροφέα. Αρχικά πραγματοποιείται μία μελέτη των δύο τεχνικών, μονοπολικής και διπολικής SPWM. Στη συνέχεια πραγματοποιείται η μονοπολική τεχνική στη συσκευή ΜΑΧ 10, η οποία προσφέρει τη δυνατότητα παράλληλης διαχείρισης σημάτων. Στη παρούσα εργασία προτείνεται μια εναλλακτική τεχνική δειγματοληψίας του ημιτόνου όπου μειώνει τον απαιτούμενο αποθηκευτικό χώρο από 1/4 σε 2n.
Στο κεφάλαιο 4 παρατίθενται τα πειραματικά αποτελέσματα της δοκιμής του έμμεσου ελέγχου ρεύματος με τη βοήθεια της πλατφόρμας dSPACE και της συσκευής ΜΑΧ 10 σε λειτουργία εκτός και εντός δικτύου. Στη συνέχεια, γίνεται μία σύγκριση μεταξύ των πειραματικών αποτελεσμάτων και αυτών των προσομοιώσεων.
Στο κεφάλαιο 5 γίνεται μία ανακεφαλαίωση των πιο σημαντικών στοιχείων – συμπερασμάτων της παρούσας διατριβής. Επίσης, προτείνονται ιδέες για περαιτέρω έρευνα και ανάπτυξη του παρόντος συστήματος για ακόμη αποτελεσματικότερη λειτουργία.