Έλεγχος και ευστάθεια διεσπαρμένης παραγωγής

Η παρούσα διατριβή έχει αναπτυχθεί στο γενικότερο πλαίσιο που αφορά στο πεδίο της δυναμικής ανάλυσης, της σχεδίασης ελέγχου και της ευστάθειας των σύγχρονων συστημάτων ισχύος διεσπαρμένης παραγωγής και μικροδικτύων. Τις τελευταίες δεκαετίες, η ενσωμάτωση της διεσπαρμένης παραγωγής στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας έχει προκαλέσει ιδιαίτερο ενδιαφέρον από οικονομικής και περιβαλλοντικής πλευράς. Η αλλαγή της δομής των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας οδηγεί τις κεντρικοποιημένες μονάδες να δίνουν τη θέση τους σε μικρότερες, διεσπαρμένες, εγκατεστημένες κοντά στα φορτία κι αναδεικνύει μια σειρά από νέα ενδιαφέροντα αλλά και πιεστικά τεχνολογικά προβλήματα. Μία από τις κύριες τεχνολογικές προκλήσεις αποτελεί η σθεναρή λειτουργία ενός πολυμεταβλητού πλέον συστήματος, με τον κατά το δυνατό απλούστερο αποκεντρωμένο έλεγχο των μονάδων ΔΠ που ταυτόχρονα εξασφαλίζει πλήρως αρμονική κι ευσταθή λειτουργία του συνολικού συστήματος. Οι μεθόδοι που προτείνονται στην παρούσα διατριβή αποσκοπούν στην επίλυση τέτοιων προβλημάτων. Η παρούσα διατριβή αφορά στη μοντελοποίηση αυτόνομων ac ή/και dc συστημάτων ΔΠ και μικροδικτύων σε σπονδυλωτή (modular) μορφή, χρησιμοποιώντας μετατροπείς ισχύος ως ελεγχόμενες διεπαφές. Η εφαρμογή απλών σχημάτων ελέγχου, ανεξάρτητων των παραμέτρων του εκάστοτε συστήματος, οι οποίοι ενσωματώνονται στο πλήρες δυναμικό μοντέλο του μικροδικτύου εγγυώνται ευσταθή συμπεριφορά, για κάθε σημείο λειτουργίας, τόσο στη μόνιμη αλλά και στη μεταβατική κατάσταση. Η σπονδυλωτή δομή των δυναμικών μοντέλων που προκύπτουν για τα ac ή/και dc μικροδίκτυα, οδηγεί στην ανάλυση της ευστάθειας αυτών των συστημάτων με τρόπο σημαντικά αυτόνομο, γεγονός το οποίο την καθιστά εργαλείο ευέλικτο κι επεκτάσιμο σε μεταβλητής τοπολογίας και κλίμακας μικροδίκτυα. Η δύσκολη και σύνθετη διαδικασία ανάλυσης ευστάθειας του συστήματος κλειστού βρόχου αποτελεί επίσης αντικείμενο της διδακτορικής αυτής διατριβής. Σε θεωρητικό επίπεδο παρουσιάζεται μια γενικευμένη μέθοδος ορισμού κατάλληλων συναρτήσεων Lyapunov για την περίπτωση ac ή/και dc μικροδικτύων. Οι συναρτήσεις Lyapunov προκύπτουν με βάση τη σπονδυλωτή μοντελοποίηση των συστημάτων αυτών, συμπεριλαμβανομένων όλων των επιμέρους δυναμικών τους καθώς και των δυναμικών των εσωτερικών ελεγκτών. Προκύπτουν, δε, για ένα σύνθετο μικροδίκτυο σε γενικευμένη μορφή, ως άθροισμα των συναρτήσεων Lyapunov των επιμέρους διασυνδεδεμένων τμημάτων του δικτύου αυτού. Στην παρούσα διατριβή επίσης, με την επέκταση των κλασσικών μεθόδων με τη χρήση των προηγμένων τεχνικών Lyapunov αποδεικνύεται η ιδιότητα της ευστάθειας εισόδου-προς-κατάσταση (input-to-state stability (ISS)) του συνολικού συστήματος. Μέσω της ιδιότητας αυτής και σε συνδυασμό με την ιδιότητα της παθητικότητας και κάποιων πρόσφατων θεωρημάτων σύγκλισης, αποδεικνύεται τελικά κι η σύγκλιση του εκάστοτε συστήματος σε μη μηδενικό σημείο ισορροπίας.Συνολικά, η συνεισφορά της παρούσας διατριβής είναι δυνατό να αξιολογηθεί με δεδομέμενο πως η αρχιτεκτονική των μελλοντικών συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας, με την ευέλικτη δομή του μικροδικτύου θα κυριαρχήσει για την κάλυψη της ολοένα αυξανόμενης ενεργειακής ζήτησης με τη διείσδυση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και των ηλεκτρικών οχημάτων, αλλά και την απελευθέρωση της αγοράς ενέργειας να δίνουν ώθηση προς τη κατεύθυνση αυτή.