ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ
ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ
ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ HΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
ΜΕΣΩ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΠΡΑΚΤΟΡΩΝ ΣΕ ΑΥΤΟΝΟΜΟ
ΜΙΚΡΟΔΙΚΤΥΟ
ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ
Μέσκος Α. Δημήτρης
ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ:
Μαδεμλής Χρήστος
Επίκουρος Καθηγητής Α.Π.Θ
Θεσσαλονίκη, Ιούλιος 2014
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
...................................
Μέσκος Α. Δημήτρης
Διπλωματούχος Ηλεκτρολόγος Μηχανικός και Μηχανικός Υπολογιστών Α.Π.Θ.
Copyright © Μέσκος Δημήτρης, 2014
Με επιφύλαξη παντός δικαιώματος. All rights reserved.
Απαγορεύεται η αντιγραφή, αποθήκευση και διανομή της παρούσας εργασίας, εξ ολοκλήρου ή
τμήματος αυτής, για εμπορικό σκοπό. Επιτρέπεται η ανατύπωση, αποθήκευση και διανομή για σκοπό
μη κερδοσκοπικό, εκπαιδευτικής ή ερευνητικής φύσης, υπό την προϋπόθεση να αναφέρεται η πηγή
προέλευσης και να διατηρείται το παρόν μήνυμα. Ερωτήματα που αφορούν τη χρήση της εργασίας για
κερδοσκοπικό σκοπό πρέπει να απευθύνονται προς τον συγγραφέα.
Οι απόψεις και τα συμπεράσματα που περιέχονται σε αυτό το έγγραφο εκφράζουν τον συγγραφέα και
δεν πρέπει να ερμηνευθεί ότι αντιπροσωπεύουν τις επίσημες θέσεις του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου
Θεσσαλονίκης.
1
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
2
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
ΠΕΡΙΛΗΨΗ
Στην παρούσα διπλωματική εργασία αναπτύσσεται ένα δυναμικό μοντέλο που
προσομοιώνει τη λειτουργία ενός αυτόνομου υβριδικού συστήματος, αποτελούμενο
από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, συσσωρευτή, φορτίο εναπόθεσης πλεονάζουσας
ισχύος και ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος. Μια φωτοβολταϊκή γεννήτρια και μια
ανεμογεννήτρια αποτελούν τις βασικές πηγές ενέργειας σε συνδυασμό με τη
μπαταρία και το φορτίο πλεονάζουσας ισχύος που επιτελούν βασικό ρόλο στην
κάλυψη της διακύμανσης της παραγόμενης ενέργειας. Η μπαταρία χρησιμοποιείται
ταυτόχρονα για την απορρόφηση της περίσσειας ισχύος που αποθηκεύει υπό μορφή
χημικής ενέργειας. Το ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος αντίθετα αποτελεί λύση εφεδρείας
για την εξασφάλιση συνεχούς λειτουργίας. Η διασύνδεση των επιμέρους συστημάτων
πραγματοποιείται μέσω ενός κοινού ζυγού συνεχούς τάσης, ενώ το ηλεκτροπαραγωγό
ζεύγος βρίσκεται στην πλευρά της εναλλασσόμενης τάσης, μαζί με τα φορτία. Η
διαστασιολόγηση του συστήματος οριοθετήθηκε στην τάξη των μερικών kW (έως
5kW), ενώ τα υποσυστήματα μοντελοποιήθηκαν μέσω των βασικών εξισώσεών τους
στο προγραμματιστικό περιβάλλον του Matlab. Οι αντιστροφείς και μετατροπείς του
κυκλώματος προσομοιώθηκαν και σχεδιάστηκαν μέσω της μεθόδου ενός average
μοντέλου, βασιζόμενο στο ενεργειακό ισοζύγιο μεταξύ παραγωγής, αποθήκευσης και
κατανάλωσης.
Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η διαχείριση ενέργειας με
έλεγχο ροής ισχύος σε πραγματικό χρόνο προς επίτευξη αδιάλειπτης λειτουργίας και
αξιόπιστη τροφοδότηση των φορτίων σε αυτόνομη κατάσταση. Αυτό κατορθώνεται
με τη χρήση ενός συστήματος πολλαπλών πρακτόρων, οι οποίοι έχοντας την
επίβλεψη του συστήματος, στέλνουν σήματα ελέγχου στο κύκλωμα. Με τη χρήση της
μεθόδου αυτής, πραγματοποιείται ένας αποκεντροποιημένος έλεγχος και προσδίδεται
στο σύστημα ευκολία επεκτασιμότητας. Ο αλγόριθμος ελέγχου στο σύστημα
πρακτόρων αναπτύχθηκε με γνώμονα τον βασικό σκοπό της εργασίας καθώς και την
εξασφάλιση μέγιστης δυνατής διείσδυσης των ΑΠΕ, εξοικονόμησης καυσίμου και
ικανοποιητικής διάρκειας ζωής των μπαταριών. Τέλος έγινε μέριμνα για την
ασφάλεια του συστήματος θεσπίζοντας όρια λειτουργίας στις μονάδες.
ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ
Αυτόνομα υβριδικά συστήματα ΑΠΕ, διαχέιριση ενέργειας, συστήματα πολλαπλών
πρακτόρων (MAS), φωτοβολταϊκό, ανεμογεννήτρια, συσσωρευτές.
3
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
4
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ
Θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα καθηγητή μου κ. Χρήστο Μαδεμλή
για την ευκαιρία εκπόνησης της παρούσας διπλωματικής εργασίας που
ανταποκρίνεται στα ενδιαφέροντά μου και
αποτελεί επίκαιρο ερευνητικό
αντικείμενο.
Επίσης, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον υποψήφιο διδάκτορα Θανάση
Μεσεμανώλη για την άμεση συνεργασία του όσο και για τις κατευθυντήριες γραμμές
που μου έδωσε κατά τη διαδικασία εκπόνησης της εργασίας. Τους υποψήφιους
διδάκτορες Νεκτάριο Καρακάση και Νικόλαο Zαμπούρ για τις συμβουλές και τις
επισημάνσεις τους που συνέβαλαν στην επιτυχή ολοκλήρωση της εργασίας.
Δε θα μπορούσα να παραλείψω να εκφράσω την ευγνωμοσύνη μου προς την
οικογένειά μου για την αμέριστη στήριξη και την ενίσχυση που μου προσέφερε κατά
τη διάρκεια των σπουδών μου. Θα ήθελα τέλος να πω ένα ευχαριστώ στην κοπέλα
μου και στους φίλους μου για την συμπαραστασή τους.
5
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
6
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ
ΣΥΝΤΟΜΕΥΣΕΙΣ................................................................................................................10
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 - ΕΙΣΑΓΩΓΗ-ΑΥΤΟΝΟΜΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ...................12
1.1Αυτόνομα Συστήματα Ενέργειας.........................................................................................12
1.2Αντικείμενο της Παρούσας Εργασίας................................................................................13
1.3Διάρθρωση της Διπλωματικής Εργασίας.........................................................................14
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2- ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΠΡΑΚΤΟΡΩΝ....................................16
2.1 Εισαγωγή......................................................................................................................................16
2.2 Smart Grids...................................................................................................................................17
2.3 Micro Grids...................................................................................................................................19
2.4 Συστήματα Πολλαπλών Πρακτόρων (Multi-Agent Systems)................................21
2.4.1 Ορισμός Ευφυούς Πράκτορα...................................................................................21
2.4.1.α Ορισμός Πράκτορα.............................................................................................21
2.4.1.β Ορισμός Ευφυούς Πράκτορα..........................................................................22
2.4.1.γ Ορισμός Συστημάτων Πολλαπλών Πρακτόρων (Multi-Agent
System)...................................................................................................................................23
2.4.2 Τεχνολογία Πολλαπλών Πρακτόρων Σε Συστήματα Ενεργειακής
Ισχύος....................................................................................................................................................23
2.4.2.α Τεχνολογία MAS Στην Υλοποίηση Συστημάτων....................................23
2.4.2.β Πρότυπα και Διαλειτουργικότητα..............................................................24
2.4.2.γ Υλοποίηση Αυτόνομων Ευφυών Πρακτόρων........................................27
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 - ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΣΥΝΙΣΤΩΣΕΣ ΑΥΤΟΝΟΜΟΥ
ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ...................................................................................................................29
3.1 Εισαγωγή.....................................................................................................................................29
3.2 Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας...........................................................................................30
3.3 Αυτόνομα Υβριδικά Συστήματα Παραγωγής Ενέργειας.........................................30
3.3.1 Σχεδιασμός Υβριδικού Συστήματος Παραγωγής Ενέργειας.....................32
3.3.2 Πλεονεκτήματα Υβριδικών Συστημάτων...........................................................32
3.3.3 Διαστασιολόγηση και Έλεγχος Υβριδικών Συστημάτων...........................33
3.3.4 Σύνοψη Αυτόνομων Υβριδικών Συστημάτων..................................................34
3.4 Ανεμογεννήτρια.........................................................................................................................34
7
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
3.4.1 Αιολική Ισχύς και Μετατροπή.................................................................................34
3.4.2 Δομικά Χαρακτηριστικά μιας Α/Γ..........................................................................35
3.4.3 Τύποι Ανεμογεννητριών.............................................................................................36
3.4.4 Μαθηματικό Μοντέλο Ανεμοτουρμπίνας...........................................................39
3.4.5 Σχεδιασμός Ανεμογεννήτριας..................................................................................41
3.5 Φωτοβολταϊκό...........................................................................................................................46
3.5.1 Φωτοβολταϊκή Μετατροπή......................................................................................46
3.5.2 Ηλεκτρικά Χαρακτηριστικά Φωτοβολταϊκού Στοιχείου.............................47
3.5.3 Μοντελοποίηση και Σχεδίαση Φωτοβολταϊκής Μονάδας..........................50
3.5.3.α Φωτοβολταϊκή Γεννήτρια...............................................................................50
3.5.3.β MPPT.........................................................................................................................55
3.6 Μπαταρία.....................................................................................................................................57
3.6.1 Γενικά για την μπαταρία και τους συσσωρευτές..........................................57
3.6.1.α Δομή συσσωρευτών..........................................................................................57
3.6.1.β Αρχή λειτουργίας συσσωρευτών................................................................58
3.6.2 Αναγκαιότητα μπαταρίας στο αυτόνομο σύστημα......................................58
3.6.3 Ηλεκτρικά χαρακτηριστικά μπαταρίας.............................................................59
3.6.4 Επιλογή και σχεδιασμός μπαταρίας....................................................................60
3.6.4.α Μπαταρίες Μολύβδου- Οξέος και Νικελίου-Καδμίου........................60
3.6.4.β Σχεδίαση κυκλώματος μπαταρίας..............................................................61
3.7 Ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος...................................................................................................63
3.7.1 Τεχνολογία εμβολοφόρων μηχανών....................................................................63
3.7.2 Σχεδίαση κυκλώματος Ηλεκτροπαραγωγού Ζεύγους..................................64
3.8 Φορτίο εναπόθεσης περίσσειας ενέργειας (dump load)........................................65
3.9 Υπόλοιπα τμήματα του κυκλώματος της εργασίας..................................................66
3.9.1 Διατάξεις υλοποίησης ελέγχου...............................................................................67
3.9.2 Κυκλώματα ελέγχου και ζυγοί...............................................................................69
3.9.2.α Έλεγχος στην dc πλευρά – μετατροπέας.................................................69
3.9.2.β Dc bus – Ζυγός συνεχούς τάσης...................................................................70
3.9.2.γ Έλεγχος στην ac πλευρά – αντιστροφέας................................................70
3.9.2.δ Αc bus – Ζυγός εναλλασσόμενης τάσης...................................................72
3.9.2.ε Έλεγχος τάσης και συχνότητας μέσω γεννήτριας...............................72
8
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
3.9.3 Φορτία...............................................................................................................................73
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 - ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΣ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΑΥΤΟΝΟΜΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ...77
4.1 Εισαγωγή.....................................................................................................................................77
4.2 Πράκτορες συστήματος.........................................................................................................77
4.3 Γενική περιγραφή αλγόριθμου...........................................................................................81
4.3.1 Προγραμματισμός λειτουργίας αυτόνομου συστήματος...........................81
4.3.2 Διάγραμμα αλγορίθμου.............................................................................................85
4.4 Περιπτώσεις και αποτελέσματα προσομοίωσης........................................................89
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 – ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ.............................................................................125
5.1 Σύνοψη και Συμπεράσματα................................................................................................125
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ – ΑΝΑΦΟΡΕΣ....................................................................................127
9
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
ΣΥΝΤΟΜΕΥΣΕΙΣ
ACL
Agent Communication Language
CCI
Common Communication Interface
CIM
Common Information Model
FIPA
Foundation for Intelligent Physical Agents
MAS
Multi Agent System
MGM
Microgrid Management
MPPT
Maximum Power Point Tracker
SOC
State Of Charge
ΑΔΙ
Αρχή Διατήρηση Ισχύος
ΑΠΕ
Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας
ΑΥΣ
Αυτόνομα Υβριδικά Συστήματα
ΗΕΔ
Ηλεκτρεργετική Δύναμη
10
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
11
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1
ΕΙΣΑΓΩΓΗ - ΑΥΤΟΝΟΜΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
1.1 Αυτόνομα Συστήματα Ενέργειας
Τα αυτόνομα συστήματα ενέργειας χρησιμοποιούνται για την ηλεκτροδότηση
απομονωμένων ή νησιωτικών περιοχών που δεν είναι συνδεδεμένες με το κεντρικό
ηλεκτρικό δίκτυο, οπότε δεν υπάρχει σύστημα μεταφοράς παρά μόνο σύστημα
διανομής. Το πρόβλημα της διασύνδεσης των απομονωμένων αυτών περιοχών, κάνει
επιτακτική την ανάγκη ανάπτυξης νέας και καινοτόμα τεχνολογίας με σύγχρονες
μεθόδους στην υλοποίηση και λειτουργία των αυτόνομων μικροδικτύων. Η
μετατροπή ενός συμβατικού αυτόνομου σταθμού σε υβριδικό αυτόνομο, αποσκοπεί
κατά κύριο λόγο στην ελάττωση της κατανάλωσης καυσίμου και των ωρών
λειτουργίας των συμβατικών γεννητριών και την ταυτόχρονη ενίσχυση της
διείσδυσης των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΑΠΕ).
Τα τελευταία χρόνια η ερευνητική δραστηριότητα σε Ανανεώσιμες Πηγές
Ενέργειας (ΑΠΕ) έχει ενταθεί επειδή η χρήση τους συνοδεύεται από μηδενικό
“περιβαλλοντικό αποτύπωμα”. Μία από τις κατευθύνσεις του ερευνητικού
ενδιαφέροντος είναι η ανάπτυξη μεθόδων ορθολογικότερης διαχείρισης της
ενέργειας, στα πλαίσια της κατηγορίας αυτής εντάσσεται και η δημιουργία
μικροδικτύων (microgrids)[1]. Ως μικροδίκτυο χαρακτηρίζεται ένα μικρής (χωρικά)
έκτασης δίκτυο στο οποίο η ενέργεια καταναλώνεται στην περιοχή που παράγεται.
Αποφεύγεται έτσι η απώλεια πολύτιμης ενέργειας λόγω μεταφοράς ενώ ο
περιορισμένος αριθμός πηγών που την παράγουν και καταναλωτών επιτρέπει την
καλύτερη διαχείριση του μικροδικτύου. Με την καλύτερη διαχείριση επιτυγχάνεται
και η μεγιστοποίηση της διείσδυσης ΑΠΕ που είναι και το ζητούμενο.
Η σημαντικότερη διαφορά του αυτόνομου σε σχέση με ένα διασυνδεδεμένο
υβριδικό σύστημα είναι ότι πρέπει να μπορεί να παρέχει όλη την ενέργεια που
ζητείται οποιαδήποτε χρονική στιγμή ή να κάνει αποκοπή φορτίου όταν αυτό δεν
είναι εφικτό[2]. Επιπλέον, πρέπει να έχει την ικανότητα ρύθμισης συχνότητας και
παραγωγής άεργου ισχύος ώστε να ρυθμίζει την τάση του δικτύου. Όταν η ηλεκτρική
παραγωγή από τις μονάδες ΑΠΕ του συστήματος ξεπερνά το φορτίο, η περίσσεια
ενέργειας πρέπει να αποθηκευτεί ή και να απορριφθεί με κάποιον τρόπο ώστε να μην
προκαλέσει αστάθεια στο σύστημα. Τα αυτόνομα δίκτυα δεν έχουν άπειρο ζυγό,
οπότε επηρεάζονται έντονα από την σύνδεση επιπρόσθετου φορτίου ή γεννήτριας.
Για τους παραπάνω λόγους, τα περισσότερα αυτόνομα συστήματα περιλαμβάνουν
διατάξεις αποθήκευσης ενέργειας και συστήματα ελέγχου και διαχείρισης φορτίου.
12
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Η τεχνολογία των πρακτόρων είναι μια πλέον σύνηθες και αποδοτική μέθοδος
ελέγχου της λειτουργίας των αυτόνομων μικροδικτύων. Το πολυπρακτορικό
σύστημα, όπως ονομάζεται (Multi Agent System, MAS), είναι ένα σύστημα συλλογής
έξυπνων πρακτόρων που συνεργάζονται, μέσω ανταλλαγής πληροφοριών, προς
επίτευξη ενός απώτερου ενιαίου σκοπού. Στο MAS κάθε μονάδα αναπαρίσταται ως
ένας έξυπνος πράκτορας που διαθέτει τις πληροφορίες προς λήψη βέλτιστων
αποφάσεων και ενεργειών. Ο αποκεντροποιημένος έλεγχος μέσω MAS παρέχει τη
δυνατότητα βαθμού ανεξαρτησίας στις υπομονάδες του συστήματος και ευκολία
επεκτασιμότητας.
1.2 Αντικείμενο της Παρούσας Εργασίας
Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας εντάσσεται στο γενικότερο
ερευνητικό πεδίο των συστημάτων Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΑΠΕ) και
αποθήκευσης ενέργειας. Στον ελλαδικό χώρο υπάρχουν αρκετά νησιά που δεν είναι
διασυνδεδεμένα με το ηπειρωτικό σύστημα καθώς και πολλές ορεινές και
απομονωμένες περιοχές, στα οποία παραδοσιακά χρησιμοποιούνται συμβατικές
μονάδες παραγωγής με καύσιμο μαζούτ ή ελαφρό πετρέλαιο (diesel) για την
ηλεκτροπαραγωγή. Ωστόσο, η λειτουργία των μονάδων αυτών για την
ηλεκτροδότηση απομονωμένων περιοχών εγείρει σήμερα περισσότερο από ποτέ
σημαντικούς προβληματισμούς. Από τη μία πλευρά είναι γνωστό ότι η καύση των
ορυκτών καυσίμων εκπέμπει αέρια του θερμοκηπίου που προκαλούν την
υπερθέρμανση του πλανήτη, οπότε τίθενται άμεσα περιβαλλοντικά ζητήματα. Από
την άλλη μεριά, οι σταθερά αυξανόμενες τιμές του πετρελαίου, το μεγάλο κόστος για
τη μεταφορά των καυσίμων στις απομονωμένες περιοχές, καθώς και το κόστος για
την αγορά δικαιωμάτων εκπομπών CO2 καθιστούν ολοένα και πιο αντιοικονομική τη
λειτουργία των συμβατικών σταθμών.
Μία πρώτη αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος αποτελεί η εγκατάσταση
μονάδων ΑΠΕ με σκοπό τον περιορισμό της χρήσης των συμβατικών μονάδων και
συνεπώς την οικονομικότερη και πιο φιλική προς το περιβάλλον λειτουργία. Ωστόσο,
η διείσδυση των μονάδων ΑΠΕ στην κάλυψη της κατανάλωσης των περιοχών αυτών
περιορίζεται πρωταρχικά από την τοπική ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας και κατά
δεύτερο λόγο από την ίδια τη φύση των ΑΠΕ. Ο ευμετάβλητος χαρακτήρας της
αιολικής και της ηλιακής ενέργειας, που έχει σαν αποτέλεσμα την ανάγκη για τήρηση
υψηλής εφεδρείας, καθώς και η διείσδυση των μονάδων ΑΠΕ με βάση τους
περιορισμούς των συμβατικών μονάδων (τεχνικού ελαχίστου και δυναμικής
απόκρισης), οδηγούν σε μικρά ποσοστά διείσδυσης της ενέργειας ΑΠΕ. Για την
επίτευξη υψηλότερων διεισδύσεων με την ταυτόχρονη αξιοποίηση του διαθέσιμου
δυναμικού ΑΠΕ η λύση της αποθήκευσης της ηλεκτρικής ενέργειας φαντάζει ως η
καταλληλότερη. Η διαθέσιμη περίσσεια ΑΠΕ που διαφορετικά θα απορριπτόταν, για
να μην προκαλέσει αστάθεια στο σύστημα, μπορεί να αποθηκευτεί και να
επαναχρησιμοποιηθεί όταν η παραγωγή των μονάδων ΑΠΕ είναι μειωμένη.
13
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Η διαμόρφωση πολύπλοκων αυτόνομων υβριδικών συστημάτων προϋποθέτει την
τεχνολογική ωριμότητα και καταλληλότητα των επιμέρους τεχνολογιών, τη
δυνατότητα υποστήριξης τους από τα υπάρχοντα τοπικά ηλεκτρικά δίκτυα, τη
διαμόρφωση κατάλληλου θεσμικού πλαισίου για την εύρυθμη λειτουργίας τους,
δεδομένου ότι οι συνιστώσες μπορούν να έχουν διαφορετική κυριότητα, καθώς και
την ανάπτυξη αποτελεσματικών στρατηγικών διαχείρισης και ελέγχου.
Η σημασία των μεθόδων ελέγχου είναι υψηλή καθώς βρίσκεται σε άμεση
συσχέτιση με την αξιόπιστη και οικονομική ηλεκτροδότηση των οικισμών και την
σωστή αξιοποίηση του διαθέσιμου εξοπλισμού. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας
διερευνούνται οι δυνατότητες ελέγχου ενός αυτόνομου συστήματος αποτελούμενο
από μονάδες ΑΠΕ, συμβατικές γεννήτριες και συστήματα αποθήκευσης.
Η εργασία επικεντρώνεται στον σχεδιασμό ενός συστήματος ανεξάρτητο από το
διασυνδεδεμένο δίκτυο με πλήρη αυτονομία ελέγχου και κάλυψη των ενεργειακών
αναγκών από "πράσινη" ενέργεια. Η διαστασιολόγηση του κυκλώματος που
μελετήθηκε είναι της τάξης των μερικών kW. Θα μπορούσε δηλαδή να αποτελεί
περίπτωση μιας ή περισσότερων κατοικιών σε μια νησιωτική βραχονησίδα ή
καταφυγίων στα ορεινά ενός βουνού. Γεγονός όμως που δεν εμποδίζει την
επεκτασιμότητά του σε μεγαλύτερης κλίμακας πειράματα. Ο έλεγχος της διαχείρισης
ενέργειας επιτεύχθηκε μέσω συστήματος πολλαπλών πρακτόρων, μια στρατηγική
ελέγχου εύκολα επεκτάσιμη και σε παρόμοια συστήματα με τροποποιημένες,
επιπρόσθετες και διαφορετικές μονάδες ΑΠΕ. Τα υποσυστήματα που μελετήθηκαν
περιλαμβάνουν ανεμογεννήτρια (Α./Γ), φωτοβολταϊκά (Φ/Β), ηλεκτροπαραγωγά
ζεύγη (Η/Ζ) diesel, συσσωρευτές μολύβδου-οξέως, φορτία κατηγοριοποιημένα
ανάλογα με τη σημαντικότητα τους καθώς και ειδικά διαμορφωμένα φορτία
εναπόθεσης περίσσειας ενέργειας(dump load). Η επιλογή των αυτόνομων
συστημάτων ως αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας έγινε λόγω της καίριας
σημασίας τους στη μετάβαση σε ένα νέο διαφορετικό ενεργειακό μοντέλο. Πράγματι,
τα αυτόνομα συστήματα ενέργειας, οι τεχνολογίες αποθήκευσης και οι τεχνικές
ελέγχου βρίσκονται στο επίκεντρο των τεχνολογικών εξελίξεων και συγκεντρώνουν
το ενδιαφέρον αρκετών ερευνητών τόσο σε εγχώριο όσο και διεθνές επίπεδο.
1.3 Διάρθρωση της Διπλωματικής Εργασίας
Στο Κεφάλαιο 2 πραγματοποιείται ανασκόπηση των συστημάτων πολλαπλών
πρακτόρων. Αρχικά γίνεται μια μικρή αναφορά στις έννοιες των smart grid και
microgrid, ενώ στη συνέχεια αναλύεται ο τρόπος δόμησης ενός πολυπρακτορικού
συστήματος. Επισημαίνεται λοιπόν το τί είναι ένας πράκτορας, ποια είναι τα
χαρακτηριστικά του, ποιες οι βασικές αρχές υλοποίησης ενός MAS και πώς οι
λειτουργίες του μπορούν να εφαρμοσθούν σε συστήματα ενεργειακής ισχύος
14
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
παρόμοια με το υπό μελέτη σύστημα της εργασίας. Τέλος περιγράφονται οι
πράκτορες που χρησιμοποιήθηκαν στην εργασία μας και τα βασικά χαρακτηριστικά
τους.
Στο Κεφάλαιο 3 πραγματοποιείται ο σχεδιασμός του αυτόνομου συστήματος.
Αρχικά γίνεται αναφορά στις ΑΠΕ και στα αυτόνομα υβριδικά συστήματα, ενώ στη
συνέχεια παρουσιάζονται οι συνιστώσες του κυκλώματος. Αναφορικά με τις
συνιστώσες, αφού πραγματοποιηθεί μία σύντομη ανασκόπηση κάποιων
χαρακτηριστικών τους και περιγραφούν οι βασικές εξισώσεις λειτουργίας, δίνεται ο
τρόπος σχεδίασης και η ανάλυση του κυκλώματος στο πρόγραμμα. Με σειρά
εμφάνισης περιγράφονται η μονάδα της ανεμογεννήτριας, του φωτοβολταϊκού,της
μπαταρίας, του ηλεκτροπαραγωγού ζεύγους, του φορτίου εναπόθεσης περίσσειας
ισχύος, και των υπόλοιπων τμημάτων του συστήματος αποτελούμενα από τα
κυκλώματα ελέγχου και τα φορτία. Τέλος απεικονίζεται συγκεντρωτικά ολόκληρο το
σύστημα έτσι όπως υλοποιήθηκε στο Simulink.
Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζεται και επεξηγείται ο αλγόριθμος προσομοίωσης
αυτόνομων συστημάτων που αναπτύχθηκε, αναφέροντας όλες τις στρατηγικές
διαχείρισης και ελέγχου που διερευνήθηκαν και τις βασικές αρχές πάνω στις οποίες
βασίστηκε ο σχεδιασμός. Γίνεται παρουσίαση των πρακτόρων που χρησιμοποιήθηκαν
και των λειτουργιών τους. Τέλος παρουσιάζονται οι διάφορες περιπτώσεις του
αλγόριθμου και τα αποτελέσματα προσομοίωσής τους με τα σχετικά συμπεράσματα
για τη συμπεριφορά του συστήματος στον έλεγχο.
Το Κεφάλαιο 5 αποτελείται από τα συμπεράσματα της εργασίας.
Ο σχεδιασμός και η μοντελοποίηση των συνιστωσών του συστήματος, των
κυκλωμάτων ελέγχου καθώς και το σύστημα πολλαπλών πρακτόρων με τον
αλγόριθμο, υλοποιήθηκαν στο προγραμματιστικό περιβάλλον του Matlab / Simulink.
15
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2
ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΠΡΑΚΤΟΡΩΝ
2.1 Εισαγωγή
Τα έξυπνα δίκτυα (Smart grid) αντιπροσωπεύουν ένα όραμα για τα μελλοντικά
συστήματα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, τα οποία ενσωματώνουν προηγμένες
αισθητήριες τεχνολογίες, μεθοδολογίες ελέγχου και τεχνολογίες επικοινωνίας στο
τρέχων δίκτυο ηλεκτρισμού. Τα μικροδίκτυα (microgrid) αποτελούν μία καινοτόμα
αρχιτεκτονική ελέγχου και διαχείρισης σε επίπεδο διανομής, γεγονός που διευκολύνει
την δόμηση και τον σχηματισμό νέων τεχνικών έξυπνων δικτύων στη διανομή και
στο διαμοιρασμό της ηλεκτρικής ενέργειας.
Η λειτουργία των μοντέρνων συστημάτων ισχύος γίνεται αρκετά σύνθετη με την
εισαγωγή της διανεμημένης παραγωγής ισχύος, τον έλεγχο των φορτίων, τις
διαδικασίες λειτουργίας της αγοράς ενέργειας, την αυξανόμενη πολυπλοκότητα των
δικτύων διανομής και του μεγάλου αριθμού των διασυνδέσεων. Ως αποτέλεσμα ο
έλεγχος και η διαχείριση των μοντέρνων συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας έχουν
αποκτήσει περισσότερη πολυπλοκότητα. Για τον λόγο αυτό, συστήματα έξυπνου
ελέγχου και ενεργειακής διαχείρισης, διαφορετικά από τα προ υπάρχων, είναι
απαραίτητα για την αποτελεσματική λειτουργία των συστημάτων αυτών. Οι
διαχειριστές ελέγχου ανά περιοχή χρειάζεται να έχουν τις απαραίτητες ικανότητες
έτσι ώστε να αποκτούν σε πραγματικό χρόνο πληροφορίες για την κατάσταση του
εξοπλισμού και των δομών του συστήματος. Επιπρόσθετα, να αξιολογούν την
κατάσταση του συστήματος και να προβλέπουν ενδεχόμενα σφάλματα, ενώ να
αποκρίνονται γρήγορα και να εκτελούν συντονισμένες δράσεις σε περιπτώσεις
ανάγκης.
Σε επίπεδο μονάδων, η εγκατάσταση θα πρέπει να έχει την ικανότητα να παρέχει
την ενεργή και άεργη ισχύ του συστήματος και να ανταποκρίνεται στον έλεγχο της
συχνότητας και της τάσης σύμφωνα με τις ανάγκες του συστήματος. Να
προσαρμόζεται γρήγορα, να τροποποιεί και να αναμορφώνει το σύστημα σε ασφαλή
κατάσταση μέσω αλλαγής κατάστασης διακοπτών, αποσυνδέσεων κυκλωμάτων και
μονάδων ηλεκτρονικών ισχύος.
Οι περισσότερες από αυτές τις απαιτήσεις μπορούν να επιτευχθούν παρέχοντας
μια κοινή διεπαφή επικοινωνίας (Common Communication Interface. CCI) για όλα τα
φυσικά στοιχεία του συστήματος ισχύος [3]. Η μέθοδος έξυπνων πολυπρακτόρων
(intelligent multiagent method) που μοντελοποιείται στα συστήματα ισχύος είναι μια
πολλά υποσχόμενη και ελπιδοφόρα προσέγγιση. Με τη μέθοδο αυτή κατορθώνεται η
παροχή μιας κοινής διεπαφής επικοινωνίας για όλους τους πράκτορες που
αναπαριστούν την αυτονομία των φυσικών στοιχείων του συστήματος. Επιπλέων η
χρήση πολυπρακτορίκων συστημάτων ενισχύεται από την διανεμημένη φύση και τον
πιθανοτικό παράγοντα (σε αυτόνομα συστήματα μεγάλο ποσοστό της παραγόμενης
ενέργειας προέρχεται από ΑΠΕ) των αυτόνομων οντοτήτων, με δυνατότητα λήψης
16
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
αποφάσεων, προς λύση σύνθετων προβλημάτων. Ολοένα και περισσότερες έρευνες
ωθούν και δίνουν ισχυρό κίνητρο στη χρήση πολυπρακτορίκων συστημάτων για την
λειτουργία των μοντέρνων συστημάτων ισχύος μέσω σχεδιασμού και υλοποίησης
τεχνικών έξυπνων δικτύων.
2.2 Smart Grids
Αξίζει να γίνει μια αναφορά στην σχετικά καινούρια έννοια του Smart Grid, μιας
και ευρέως έχει θέσει τις βάσεις για τον σχεδιασμό του μελλοντικού δικτύου. Το
αυτόνομο δίκτυο που μελετάμε είναι σαφώς ανεξάρτητο από το ''έξυπνο'' δίκτυο,
αυτό όμως δεν απαγορεύει την ενδεχόμενη περίπτωση της διασύνδεσης του με το
δίκτυο και την ορθή συμπεριφορά στον τρόπο λειτουργίας του. Είναι σημαντικό
λοιπόν σε αυτό το σημείο να επισημάνουμε τα βασικά χαρακτηριστικά και τις
λειτουργίες του Smart Grid, κομμάτι του οποίου αποτελεί και το microgrid, είτε είναι
διασυνδεδεμένο είτε αυτόνομο. Αξιοσημείωτο δε είναι και το γεγονός ότι το
μικροδίκτυο αποτελεί μια μικρογραφία του Smart Grid, έχοντας βέβαια κάποιες
διαφοροποιήσεις στα χαρακτηριστικά τους.
Με τον όρο έξυπνων δικτύων εννοούμε ένα μοντέρνο ηλεκτρικό δίκτυο που
χρησιμοποιεί πληροφορίες και τεχνολογίες επικοινωνίας με απώτερων σκοπό τη
λήψη κάποιων αποφάσεων και την εκτέλεση κάποιων δράσεων. Οι πληροφορίες που
δέχεται μπορεί λόγου χάρη να είναι σχετικές με τη συμπεριφορά των παρόχων/
παραγωγών και καταναλωτών , ενώ ενεργεί με έναν αυτοματοποιημένο τρόπο για να
βελτιώσει την αποτελεσματικότητα, την αξιοπιστία, τα οικονομικά, την διαρκή
λειτουργία και επεκτασιμότητα της παραγωγής και διανομής της ηλεκτρικής
ενέργειας[4].
Βασικές λειτουργίες του Smart Grid:

Έχει την ικανότητα να επιδιορθώνει τον εαυτό του.
Χρησιμοποιώντας πληροφορίες σε πραγματικό χρόνο από ενσωματωμένους
αισθητήρες και αυτοματοποιημένους ελέγχους για την πρόβλεψη, την ανίχνευση και
την αντιμετώπιση προβλημάτων του συστήματος, ένα έξυπνο δίκτυο μπορεί να
αποφύγει αυτόματα ή να μετριάσει διακοπές ρεύματος, προβλήματα ποιότητας
ισχύος, καθώς και διακοπές εξυπηρέτησης.

Ενθάρρυνση καταναλωτών για συμμετοχή στις λειτουργίες του δικτύου.
Ένα έξυπνο δίκτυο, είναι, στην ουσία, μια προσπάθεια να εντάξει τους
καταναλωτές σε ένα θεσμικό πλαίσιο να αλλάξουν τη συμπεριφορά τους γύρω από
μεταβαλλόμενες τιμές ηλεκτρικού ρεύματος ή να πληρώσουν πολύ αυξημένα
ποσοστά για το προνόμιο χρήσης υπηρεσίας εξυπηρέτησης υπό συνθήκες υψηλής
ζήτησης. Ένα έξυπνο δίκτυο περιλαμβάνει τον εξοπλισμό και τη συμπεριφορά των
καταναλωτών όσον αφορά το σχεδιασμό του δικτύου, τη λειτουργία και την
επικοινωνία. Αυτό δίνει τη δυνατότητα στους καταναλωτές να διαχειρίζονται
καλύτερα τη χρήση ενέργειας και τη μείωση του κόστους της ενέργειας. Προηγμένες
δυνατότητες επικοινωνίας εξοπλίζουν τους πελάτες με τα απαραίτητα εργαλεία για
την αξιοποίηση τιμολόγησης της ηλεκτρική ενέργεια σε πραγματικό χρόνο, των
17
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
σημάτων μείωσης του φορτίου βάσει κινήτρων, ή σημάτων έκτακτης ανάγκης προς
μείωση του φορτίου.
Η αμφίδρομη και σε πραγματικό χρόνο επικοινωνία, προνόμιο των έξυπνων
δικτύων θα επιτρέψει στους καταναλωτές να αποζημιωθούν για τις προσπάθειές τους
να εξοικονομήσουν ενέργεια και να πωλούν ενέργεια πίσω στο δίκτυο. Με την
ενεργοποίηση κατανεμημένων πόρων παραγωγής, όπως ηλιακούς συλλέκτες σε
κατοικίες, μικρές ανεμογεννήτριες, το έξυπνο δίκτυο θα προκαλέσει μια επανάσταση
στον κλάδο της ενέργειας, επιτρέποντας μικρούς παίκτες όπως ιδιωτικές κατοικίες και
μικρές επιχειρήσεις να πωλούν ηλεκτρική ενέργεια στους γείτονές τους ή πίσω στο
δίκτυο. Το ίδιο θα ισχύει και για τις μεγαλύτερες εμπορικές επιχειρήσεις που θα
έχουν εγκατεστημένες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας ή συστήματα αποθήκευσης
ενέργειας με δυνατότητα παροχής ηλεκτρικής ενέργειας σε υψηλή τιμή κατά τις
περιόδους αιχμών ζήτησης.

Εξασφαλίζει μία σταθερή και ποιοτική παροχή ισχύος που αντιστέκεται
σε διαρροές ενέργειας και απροσδόκητες διακοπές.
Οι τεχνολογίες έξυπνων δικτύων αναγνωρίζουν και αποκρίνονται καλύτερα σε
τεχνητές ή φυσικές διαταραχές. Οι πληροφορίες σε πραγματικό χρόνο δίνουν τη
δυνατότητα στους διαχειριστές των ηλεκτρικών δικτύων να απομονώνουν τις
πληγείσες περιοχές και να ανακατευθύνουν τη ροή ισχύος γύρω από τις
κατεστραμμένες εγκαταστάσεις.

Επιτρέπει το χρηματιστήριο
διαφοροποιηθεί.
ενέργειας
να
αναπτυχθεί
και
να
Αλλάζουν πλέων τα δεδομένα του δικτύου, της διανομής και της αγοροπωλησίας
της ηλεκτρικής ενέργειας. Θεσπίζονται νέα θεσμικά πλαίσια ενώ οι καταναλωτές
αντιμετωπίζονται και ως παραγωγοί.

Ενίσχυση της διείσδυσης
ηλεκτροπαραγωγή.
ανανεώσιμων
πηγών
ενέργειας
στην
Λαμβάνοντας υπόψη την κλιματική αλλαγή και τις περιβαλλοντικές ανησυχίες
δίνεται έμφαση στην διείσδυση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.
Οι υπάρχουσες αλλά και μελλοντικές εφαρμογές των SmarGrids παρέχουν ένα
ευρύ φάσμα χαρακτηριστικών για την εκτέλεση των απαιτούμενων λειτουργιών[5].

Διακίνηση φορτίου
Το άθροισμα / σύνολο του φορτίου στο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας δεν είναι
σταθερό και μεταβάλλεται με το χρόνο. Σε περίπτωση μεγάλου φορτίου, ένα έξυπνο
δίκτυο μπορεί να συμβουλεύει τους καταναλωτές για να ελαχιστοποιήσουν
προσωρινά την κατανάλωση ενέργειας.
18
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ

Demand Response
Παρέχει στους χρήστες μέσω ενός αυτοματοποιημένου τρόπου να μειώσουν τους
λογαριασμούς του ηλεκτρικού ρεύματος, καθοδηγώντας τους να χρησιμοποιούν, με
τη βοήθεια έξυπνων ηλεκτρικών συσκευών, την ενέργεια μόνο όταν είναι σε φθηνή
τιμή. Κατορθώνεται η αντιμετώπιση των αιχμών ζήτησης με μείωση της ενέργειας
που ζητάται από τους καταναλωτές (γίνεται περικοπή κάποιων φορτίων σύμφωνα
παντα με τη συμφωνία που έχει οριστεί καθώς και κάποιοι καταναλωτές
αυτοεξυπηρετούνται από την εγκατεστημένη παραγωγή ισχύος που διαθέτουν) αντί
της ενεργοποίησης και ένταξης ακριβών μονάδων παραγωγής.

Αποκεντρωμένη παραγωγή ενέργειας
Ένα διανεμημένο ή αποκεντρωμένο σύστημα επιτρέπει την παραγωγή ενέργειας
σε ατομικό επίπεδο για προσωπικό όφελος με οποιαδήποτε κατάλληλη μέθοδο. Αυτό
επιτρέπει σε ατομικά φορτία (πχ σε επίπεδο μιας κατοικίας) να προσαρμόζουν
απευθείας την παραγωγή τους με το φορτίο καθιστώντας τους έτσι ανεξάρτητους από
το δίκτυο. Μεριμνάται επίσης η αμφίδρομη ροή ισχύος τόσο προς όσο και από τον
καταναλωτή (τον καταναλωτή τον αντιμετωπίζουμε πλέων ως prosumer=
producer+consumer ) μαζί με τα θέματα ασφάλειας και αξιοπιστίας που αυτό επιφέρει
στο δίκτυο.
2.3 Micro Grids
Με τον όρο του μικροδικτύου ,εννοούμε ένα ηλεκτρικό σύστημα που
περιλαμβάνει πολλαπλής μορφής φορτία και πηγές διανεμημένης ενέργειας , το οποίο
έχει την δυνατότητα να λειτουργήσει είτε παράλληλα στο κεντρικό δίκτυο είτε ως
μικρό, ανεξάρτητο και αυτόνομο σύστημα ισχύος (χαρακτηριστική περίπτωση το
μικροδίκτυο που εξετάζεται στην συγκεκριμένη εργασία). Με την τεχνολογία του
μικροδικτύου επιτυγχάνεται αύξηση της αξιοπιστίας μέσω της διανεμημένης
παραγωγής, αύξηση της αποδοτικότητας μιας και μειώνεται η απόσταση μεταφοράς
της ηλεκτρικής ενέργειας (η ενέργεια παράγεται σε μεγάλο βαθμό κοντά στο σημείο
κατανάλωσης), ενώ δίνεται βάση στη συγκρότηση μονάδων παραγωγής ανανεώσιμων
πηγών ενέργειας ,φιλικές προς το περιβάλλον και σύμφωνα με τα υπάρχοντα
επιβαλλόμενα καθεστώτα.
Τα έξυπνα μικροδίκτυα αυξάνουν σε τοπικό επίπεδο την αξιοπιστία μέσω της
εγκατάστασης έξυπνων διακοπτών, αυτοματισμών, παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας,
αποθήκευση της ενέργειας και άλλων έξυπνων τεχνολογιών. Η παραγωγή ενέργειας
τοπικά και η αποθήκευση της, επιτρέπουν σε κομμάτια του δικτύου να λειτουργούν
ανεξάρτητα από το κεντρικό δίκτυο όταν αυτό είναι απαραίτητο, αποφεύγοντας έτσι
τυχόν περικοπές και σφάλματα προερχόμενα από το δίκτυο. Τα μικροδίκτυα ακόμη
έχουν τη δυνατότητα αποθήκευση της ενέργειας, προσφέροντάς την όταν η τιμή της
βρίσκεται σε υψηλά επίπεδα. Η διαδικασία αυτή εισαγάγει μια νέα υπηρεσία για τον
καταναλωτή ο οποίος μπορεί να επωφεληθεί οικονομικά. Έχει λοιπόν τη δυνατότητα
να προσφέρει πολύτιμες υπηρεσίες που του επιφέρουν σημαντικά έσοδα, καθώς
19
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
πουλάει την ηλεκτρική ενέργεια που παράγει σε περιόδους υψηλής ζήτησης, είτε
λειτουργεί αυτόνομα και ανεξάρτητα από το δίκτυο.
Η παραγωγή ενέργειας σε τοπικό επίπεδο είναι περισσότερο αποτελεσματική και
μειώνει τις αποστάσεις που χρειάζεται να μεταφερθεί. Με αυτόν τον τρόπο
μειώνονται τα έξοδα που δημιουργούνται λόγω των απωλειών μετάδοσης. Τέλος ένα
σημαντικό πλεονέκτημα των έξυπνων μικροδικτύων είναι ο αποκεντροποιημένος
έλεγχος. Αφήνουμε πίσω τον κεντροποιημένο έλεγχο του δικτύου και πλέων έχουμε
τη δυνατότητα να γνωρίζουμε τις ανάγκες σε τοπικό επίπεδο, να επεμβαίνουμε άμεσα
αποτελεσματικά και γρήγορα. Το δίκτυο είναι ευέλικτο και μελλοντικά επεκτάσιμο,
με δυνατότητα προσθήκης πχ μια μονάδας παραγωγής στο σημείο αύξησης του
φορτίου γρήγορα και αποδοτικά.
Απομονωμένες περιοχές με δύσκολη πρόσβαση και μικρές νησιωτικές μονάδες,
συγκεντρώνουν σχεδόν όλες τις ιδιότητες για τη μελέτη ,την έρευνα και την
εγκατάσταση ενός αυτόνομου μικροδικτύου. Οι περιοχές αυτές, συνήθως πλούσιες σε
ανανεώσιμες πηγές, μπορούν να εκμεταλλευτούν τα χαρακτηριστικά του
μικροδικτύου με σκοπό τη δημιουργία ενός ποιοτικού και αξιόπιστου ανεξάρτητου
συστήματος ισχύος. Τα αυτόνομα μικροδίκτυα στις περιοχές αυτές, ενισχύοντας σε
μεγάλο βαθμό τη διείσδυση των ΑΠΕ, συμβάλλουν στη μείωση εκπομπών CO2,
καθώς και στην εξοικονόμηση σημαντικού κόστους που δαπανάται για την
τροφοδότηση και μεταφορά καυσίμου. Ένα αυτόνομο μικροδίκτυο που χρησιμοποιεί
ποικίλες διανεμημένες πηγές ενέργειας, οφείλει να διατηρεί μια ισορροπία μεταξύ
της παροχής και της ζήτησης. Είναι φανερός ο μεταβλητός χαρακτήρας των πηγών
ενέργειας (εξαρτώνται από την ηλιακή ακτινοβολία, την ταχύτητα του ανέμου,
φαινόμενα ασταθή και μεταβαλλόμενα) γι’αυτό μέσα από αποθηκευτικές μονάδες
αλλά και μονάδες diesel, ως back up, εξασφαλίζει την ισορροπία του συστήματος
όταν είναι απαραίτητο. Οι διακυμάνσεις τόσο των πηγών όσο και των φορτίων,
εισάγονται στο κύκλωμα. Βασικός λοιπόν σκοπός του αυτόνομου δικτύου είναι να
κρατήσει σε σταθερά επίπεδα την συχνότητα και την τάση. Ένα τέτοιο αυτόνομο
μικροδίκτυο φαίνεται στην εικόνα 2.3.1.
Εικόνα 2.3.1 Αυτόνομο μικροδίκτυο
20
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
2.4 Συστήματα Πολλαπλών Πρακτόρων (Multi-Agent Systems)
Για πάνω από μια δεκαετία, η προτεινόμενη χρήση των συστημάτων πολλαπλών
πρακτόρων (MAS) για την αντιμετώπιση των προκλήσεων σε ενεργειακά θέματα
μηχανικής έχει αναφερθεί μέσα από ερευνητικά περιοδικά και παρουσιάσεις
συνεδρίων. Η MAS τεχνολογία αναπτύσσεται τώρα για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών
συμπεριλαμβανομένων των μεθόδων διάγνωσης (diagnostics), παρακολούθηση της
κατάστασης (condition monitoring), αποκατάσταση του συστήματος ισχύος,
προσομοίωσης της αγοράς, έλεγχο του δικτύου , και αυτοματοποίηση. Επιπλέον, η
τεχνολογία έχει ωριμάσει σε βαθμό όπου τα πρώτα συστήματα πολλαπλών
πρακτόρων μπορούν να περάσουν από το εργαστήριο στις μονάδες παραγωγής και
διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, επιτρέποντας στη βιομηχανία και στην αγορά να
αποκτήσουν εμπειρία στη χρήση του MAS και να αξιολογήσουν την
αποτελεσματικότητά τους[6].
Παρ'όλα αυτά, παρά την αυξανόμενη συνειδητοποίηση και εδραίωση της
τεχνολογίας, ορισμένα θεμελιώδη ερωτήματα προκύπτουν συχνά από ερευνητές και,
ιδίως, από βιομηχανικούς εταίρους κατά τη συζήτηση σχετικά με συστήματα
πολλαπλών πρακτόρων και το ρόλο τους στη μηχανική ενέργειας. Κάποια από αυτά
είναι: ποια τα οφέλη που προσφέρονται από τα συστήματα πολλαπλών πρακτόρων; Τί
είναι αυτό που τα διαφοροποιεί από τα υφιστάμενα συστήματα και προσεγγίσεις; Σε
τι είδους προβλήματα μπορούν να εφαρμοσθούν; Εάν και όταν η τεχνολογία των
MAS θεωρείται κατάλληλη για μια συγκεκριμένη εφαρμογή μηχανικής, τότε
επιπλέων ερωτήσεις προκύπτουν: πώς πρέπει να σχεδιαστούν τα συστήματα
πολλαπλών πρακτόρων; Πώς πρέπει να υλοποιηθούν και να εφαρμοστούν τα
συστήματα αυτά; Παρακάτω απαντώνται πολλά από τα ερωτήματα αυτά, ενώ
πραγματοποιείται καθορισμός της βασικής ορολογίας και εννοιών με σκοπό να
αναδείξουν την σημαντική συμβολή τους στο πεδίο των ηλεκτρικών συστημάτων
ισχύος. Παρουσιάζονται τα οφέλη και οι περιοχές εφαρμογής, καθώς και τεχνικές
προκλήσεις που πρέπει να ξεπεραστούν. Τέλος παρατίθενται τεχνολογίες και
εργαλεία για σχεδιασμό και υλοποίηση.
2.4.1 Ορισμός Ευφυούς Πράκτορα
2.4.1.α Ορισμός Πράκτορα
Διάφοροι ορισμοί έχουν δοθεί κατά καιρούς για την έννοια του πράκτορα
(agent), πάντα όμως βασικοί παράγοντες στην ερμηνεία του, είναι το περιβάλλον του
και η ιδιότητα της αυτονομίας του. Σύμφωνα με τον Wooldridge[7], ένας πράκτορας
είναι «απλώς μια λογισμική οντότητα (ή οντότητα υλικού) που βρίσκεται σε κάποιο
περιβάλλον και είναι είναι σε θέση να αντιδρά αυτόνομα στις αλλαγές του ». Το
περιβάλλον είναι απλά τα πάντα εξωτερικά του πράκτορα. Για να βρίσκεται εκεί,
τουλάχιστον ένα μέρος του περιβάλλοντος πρέπει να είναι παρατηρήσιμο, ή
21
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
τροποποιήσιμο από τον πράκτορα. Το περιβάλλον μπορεί να είναι φυσικό (π.χ., τα
σύστημα ισχύος), και ως εκ τούτου παρατηρήσιμο μέσω αισθητήρων, ή μπορεί να
είναι υπολογιστικό (π.χ., πηγές δεδομένων, υπολογιστικών πόρων, και άλλοι
πράκτορες), παρατηρήσιμο μέσω των κλήσεων του συστήματος, μέσω επίκλησης
προγραμμάτων, και μηνυμάτων. Ένας πράκτορας μπορεί να μεταβάλλει το
περιβάλλον λαμβάνοντας κάποια δράση: είτε φυσικά (όπως το κλείσιμο ενός
κανονικά ανοιχτού σημείου προς αναμόρφωσης του δικτύου), ή με άλλο τρόπο (π.χ.,
αποθήκευση διαγνωστικών πληροφοριών σε μια βάση δεδομένων για πρόσβαση και
από άλλους χρήστες)[6].
Ο διαχωρισμός του πράκτορα από το περιβάλλον σημαίνει ότι οι πράκτορες
είναι εγγενώς διανεμητέοι. Τοποθετώντας αντίγραφα του ίδιου πράκτορα
σε διαφορετικά περιβάλλοντα, δεν θα επηρεάσει τις ικανότητες συλλογισμού
του κάθε πράκτορα, ούτε τους στόχους που είχε σχεδιαστεί να επιτεύξει. Οι
συγκεκριμένες δράσεις που λαμβάνονται από τον κάθε πράκτορα, μπορεί να
διαφέρουν εξαιτίας των διαφορετικών παρατηρήσεων από τα δύο περιβάλλοντα.
Αυτό σημαίνει ότι ένας πράκτορας μπορεί να λειτουργήσει αποτελεσματικά και
χρήσιμα σε οποιοδήποτε περιβάλλον που υποστηρίζει τα καθήκοντα που σκοπεύει να
εκτελέσει.
Σύμφωνα με τον ορισμό Wooldridge, μια οντότητα που βρίσκεται σε ένα
περιβάλλον είναι ένας παράγοντας, μόνο εάν μπορεί να αντιδρά αυτόνομα στις
περιβαλλοντικές αλλαγές. Η αυτονομία είναι κατά ένα τρόπο μια αόριστη έννοια, που
χρησιμοποιείται σε όλους τους ορισμούς των πρακτόρων, αλλά σπάνια καθορίζεται.
Ο πιο απλός ορισμός της αυτονομίας λέει οτι ένας πράκτορας «ασκεί έλεγχο στις ίδιες
του τις πράξεις»[7], πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί να εισαγάγει ή να
προγραμματίσει ορισμένες δράσεις για εκτέλεση. Ο Russell και Norvig, προχωρούν
περαιτέρω, απαιτώντας οι προγραμματισμένες δράσεις να είναι ως απάντηση σε
κάποια αλλαγή του περιβάλλοντος, και όχι απλώς το αποτέλεσμα της ενσωματωμένης
γνώσης του πράκτορα [8]. Η απαίτηση αυτή για την περιβαλλοντική αλλαγή είναι σε
συμφωνία με τον ορισμό του Wooldridge, και έχει διαισθητική σημασία. Μπορεί ένας
πράκτορας να θεωρηθεί πραγματικά αυτόνομος όταν λαμβάνει κατά καιρούς
προκαθορισμένες από την σχεδίασή του πράξεις, ανεξάρτητα από τις εξωτερικές
αλλαγές των καταστάσεων; Αυτονομία λοιπόν αποτελεί η ικανότητα να
προγραμματίζει δράσεις βασισμένες στις παρατηρήσεις του περιβάλλοντος.
2.4.1.β Ορισμός Ευφυούς Πράκτορα
Ο Wooldridge διευρύνει την έννοια του πράκτορα σε αυτή του έξυπνου
πράκτορα, επεκτείνοντας τον ορισμό της αυτονομίας σε αυτόν της ευέλικτης
αυτονομίας. Ένας πράκτορας που εμφανίζει ευέλικτη αυτονομία πχ ένας έξυπνος
πράκτορας, έχει τα παρακάτω τρία χαρακτηριστικά[7].
22
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Αντιδραστικότητα(Reactivity): ένας έξυπνος πράκτορας είναι ικανός να αντιδρά
στις αλλαγές του περιβάλλοντος έγκαιρα, και να αναλαμβάνει κάποιες πράξεις
βασιζόμενος στις αλλαγές αυτές και στη λειτουργία που έχει σχεδιαστεί να εκτελεί.
Προνοητικότητα(Pro-activeness): ένας ευφυής πράκτορας παρουσιάζει στοχευμένη
συμπεριφορά. Η στοχευμένη συμπεριφορά υποδηλώνει ότι ένας πράκτορας θα
αλλάξει δυναμικά τη συμπεριφορά του με στόχο να πετύχει το σκοπό του. Για
παράδειγμα εαν ένας πράκτορας χάσει την επικοινωνία με έναν άλλο πράκτορα του
οποίου οι υπηρεσίες είναι απαραίτητες για την ολοκλήρωση του στόχου του, θα ψάξει
για κάποιον άλλο που θα του παρέχει τις ίδιες υπηρεσίες. Η προνοητικότητα αυτή
περιγράφεται και ως η ικανότητα του πράκτορα να «αναλαμβάνει πρωτοβουλία».
Κοινωνική ικανότητα(Social ability): οι ευφυείς πράκτορες είναι σε θέση να
αλληλοεπιδράσουν με άλλους ευφυείς πράκτορες. Η κοινωνική ικανότητα
υποδηλώνει περισσότερα από ό,τι το απλό πέρασμα των δεδομένων μεταξύ
διαφορετικών οντοτήτων λογισμικού και υλικού, κάτι που πολλά παραδοσιακά
συστήματα κάνουν. Σημαίνει την ικανότητα να διαπραγματεύεται και να
αλληλοεπιδρά σε συνεργασία. Η ικανότητα αυτή συνήθως υποστηρίζεται από μια
γλώσσα επικοινωνίας πρακτόρων (ACL), η οποία επιτρέπει στους πράκτορες να
¨συνομιλούν¨ από το να αρκούνται σε μια απλή μεταφορά δεδομένων.
Ενώ ένας πράκτορας σύμφωνα με τον μέχρι τώρα ορισμό, είχε ως
χαρακτηριστικό την αντιδραστικότητα, πλέων φαίνεται οτι για να μπορεί να
χαρακτηριστεί ως ευφυής πράκτορας πρέπει να διαθέτει προνοητικότητα και
κοινωνική ικανότητα. Είναι η στοχευμένη συμπεριφορά και η ικανότητα για ευέλικτη
επικοινωνία και αλληλεπίδραση που κάνει έναν ευφυή πράκτορα ξεχωριστό.
2.4.1.γ Ορισμός Συστημάτων Πολλαπλών Πρακτόρων (Multi-Agent
System )
Ένα σύστημα πολλαπλών πρακτόρων είναι απλά ένα σύστημα που αποτελείται
από δύο ή περισσότερους πράκτορες ή ευφυείς πράκτορες. Είναι σημαντικό να
αναφερθεί οτι δεν υπάρχει κάποιος γενικός στόχος του συστήματος αλλά τοπικοί
στόχοι του κάθε πράκτορα ξεχωριστά. Βέβαια οι πράκτορες επικοινωνούν μεταξύ
τους ανταλλάσσοντας τις απαραίτητες πληροφορίες και υπηρεσίες για να πετύχουν
την λειτουργία τους, γεγονός που αποτελεί και χαρακτηριστικό τους όπως έχει είδη
αναφερθεί.
2.4.2 Τεχνολογία Πολλαπλών Πρακτόρων Σε Συστήματα Ενεργειακής Ισχύος
2.4.2.α Τεχνολογία MAS Στην Υλοποίηση Συστημάτων
Βασικός σκοπός στις εφαρμογές της μηχανικής ισχύος είναι να κατασκευασθούν
ισχυρά ευέλικτα και επεκτάσιμα συστήματα. Με τον όρο της ευελιξίας υποδηλώνεται
23
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
η ικανότητα να αποκρίνεται σωστά σε δυναμικές καταστάσεις και η υποστήριξη
αναδιπλασιασμού σε ποικίλες καταστάσεις. Κάτι που θυμίζει αρκετά τις ιδιότητες του
agent σχετικά με το περιβάλλον του. Με τον όρο επεκτασιμότητα υποδηλώνεται η
εύκολη πρόσθεση νέων λειτουργιών στο σύστημα με αύξηση και αναβάθμιση.
Γεγονός που επιτυγχάνεται χάρη στην ιδιότητα της αυτονομίας του πράκτορα. Το
πλεονέκτημα της αυτονομίας, συντελεί και στην υλοποίηση συστήματος ανεκτικό σε
σφάλματα μιας και έχει την ικανότητα αποφυγής λαθών και αυτοδιόρθωσης. Οι
πράκτορες χρησιμοποιούν μια προτυποποιημένη γλώσσα επικοινωνίας, ενώ η ανοιχτή
αρχιτεκτονική τους δεν θέτει όρια στη γλώσσα προγραμματισμού ή στους πράκτορες
που προστίθενται ή αφαιρούνται από το σύστημα. Τέλος οι πράκτορες μπορούν να
λειτουργούν σε διαφορετικές υπολογιστικές πλατφόρμες (αλλαγή περιβάλλοντος
δηλαδή) χωρίς να αλλάζει ο κώδικάς τους (ο στόχος της λειτουργίας τους).
Οι εφαρμογές των MAS σε πειράματα με στόχο καινοτόμων τεχνολογιών στην
μηχανική, είναι αρκετές και αναφέρονται στο [6] με παραδείγματα και επεξηγήσεις.
Κάποιες από τις δυσκολίες που πρέπει να ξεπεραστούν για να επιτρέψουν μία
αποτελεσματική υλοποίηση MAS είναι[6]:






Πλατφόρμα (Platform): Σημαντικό στην επιλογή κατάλληλης πλατφόρμας
που θα υποστηρίζει τις ιδιότητες του συστήματος.
Εργαλεία (Toolkits): Εργαλεία που επιτρέπουν την επαναχρησιμοποίηση της
συμπεριφοράς και των ικανοτήτων του πράκτορα.
Σχεδιασμός ευφυούς πράκτορα (Intelligent agent design): Σωστή επιλογή
ανάμεσα στις διαφορετικές αρχιτεκτονικές σχεδίασης.
Γλώσσα επικοινωνίας και οντολογία (Agent communication languages
and ontologies) :Υποδηλώνει το πρωτόκολλο και το περιεχόμενο των
γλωσσών επικοινωνίας. Υιοθέτηση κοινής γλώσσας σύμφωνα με κάποια
διεθνή πρότυπα που ορίζουν συγκεκριμένους όρους και έννοιες για
ανταλλαγή πληροφοριών, ερμηνείας και κατανόησης. Χαρακτηριστικό
παράδειγμα το διεθνές πρότυπο FIPA[9].
Πρότυπα δεδομένων (Data standards): Υπάρχουν αρκετά πρότυπα
δεδομένων οριοθετημένα για διάφορες λειτουργίες, με πιθανή την χρήση τους
και για την θεμελίωση της οντολογίας ενός MAS. Χαρακτηριστικό
παράδειγμα το πρότυπο δεδομένων CIM για την ανταλλαγή δεδομένων
μεταξύ ενεργειακών συστημάτων διαχείρισης.
Ασφάλεια (Security): Καθορισμός επιπέδου εμπιστοσύνης μεταξύ
πρακτόρων για ασφαλή μεταφορά δεδομένων.
2.4.2.β Πρότυπα και Διαλειτουργικότητα
Κατά τη σχεδίαση και υλοποίηση ενός συστήματος πολλαπλών πρακτόρων, είναι
αναγκαία η θέσπιση κάποιων προτύπων. Τα πρότυπα αυτά είναι απαραίτητα για τη
24
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
σωστή επικοινωνία μεταξύ των πρακτόρων (CIM).Τα τελευταία χρόνια τα πρότυπα
της FIPA [9], έχει καθιερωθεί για την ανάπτυξη MAS. Βασική έμφαση δίνεται στη
γλώσσα επικοινωνίας και στα μηνύματα (ερωτήσεις-απαντήσεις). Το περιεχόμενο
των μηνυμάτων συντίθεται από δύο μέρη: το περιεχόμενο της γλώσσας και της
οντολογίας [10].
Στην εικόνα 2.4.1 φαίνεται η αρχιτεκτονική σε επίπεδα ενός ευφυούς πράκτορα
κατά τη JADE, με τα τρία επίπεδα κατά αντιστοιχία ,στρώμα χειρισμού μηνυμάτων,
στρώμα συμπεριφοράς και στρώμα λειτουργίας. Η JADE [13] είναι μια πλατφόρμα
ανάπτυξης πολλαπλών πρακτόρων σε συμφωνία με τα πρότυπα της FIPA, που
υποστηρίζει την υλοποίηση πρακτόρων σε συγκεκριμένο στυλ και δομή.
Εικόνα 2.4.1 Αρχιτεκτονική σε επίπεδα ενός ευφυούς πράκτορα.
Το περιεχόμενο της γλώσσας (content language), καθορίζει το συντακτικό και τη
γραμματική του μηνύματος.
Η οντολογία (ontology), καθορίζει τη σημασιολογία και τον τρόπο που
διαμοιράζονται οι κοινές σε κατανόηση πληροφορίες. Η δομή της οντολογίας
αποτελείται από τρεις τύπους στοιχείων:

Έννοιες (Concepts): Είναι οι εκφράσεις που υποδεικνύουν τις ενότητες με
σύνθετη δομή και ορίζονται με σκοπό τον ρόλο ή την ιδιότητα. Οι έννοιες
λοιπόν αντιπροσωπεύουν πράκτορες και ανάλογα με το μικροδίκτυο και τη
λειτουργία του μπορεί να είναι πχ έννοια (agent ) PV (φωτοβολταικού), DG
(diesel generator), Load (φορτίου), ενώ υπάρχουν και υποκατηγορίες όπως
load number (αριθμός φορτίου), power level (επίπεδο ισχύος) κτλ.

Προβλέψεις (Predictions): είναι εκφράσεις που αναφέρονται στην
κατάσταση των παραπάνω εννοιών ως σωστές ή λανθασμένες. Πχ Load
connect (σύνδεση φορτίου- εαν είναι συνδεδεμένο ή όχι), load shed (απόρριψη
φορτίου) κτλ.
25
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ

Δράσεις πρακτόρων (Agents Actions): υποδεικνύουν τις πράξεις που
εκτελούνται από κάποιους πράκτορες. Πχ switch in (αλλαγή κατάσταση
διακόπτη ), charging (εντολή για κατάσταση φόρτισης) κτλ.
Ανάλογα λοιπόν με τα στοιχεία που δομούν το σύστημα και το σκοπό που
εξυπηρετεί, υλοποιούνται οι απαραίτητοι πράκτορες (concepts) διαθέτοντας τις
κατάλληλες πληροφορίες για την ορθή λειτουργία και εκτέλεση του στόχου τους.
Η σύνδεση, η ανταλλαγή πληροφοριών και μηνυμάτων (interface), μεταξύ του
λογισμικού (software) των MAS και του αυτόνομου microgrid (hardware),
πραγματοποιείται μέσω μοντέλων web υπηρεσιών και θεσπισμένων πρωτόκολλων
internet, απαραίτητα για την διευκόλυνση επικοινωνίας και διαλειτουργικότητας. Ένα
τέτοιο μοντέλο παρουσιάζεται στο [12].
Η προτεινόμενη αρχιτεκτονική φαίνεται στο παρακάτω σχηματικό διάγραμμα,
εικόνα 2.4.2.Στην εικόνα διακρίνεται τα τρία διαφορετικά μέρη του πειράματος,
δηλαδή το μικριδίκτυο (hardware), το MAS (software) και το interface (web
services), καθώς και η διαλειτουργικότητά τους. Στην εικόνα 2.4.3 φαίνεται η γενική
αρχιτεκτονική ενός ευφυούς πράκτορα. Κάθε πράκτορας εκτελεί ένα σύνολο
συμπεριφορών βασιζόμενο σύμφωνα με τον σχεδιαστή του για την επίτευξη του
στόχου του, της λειτουργίας και του ρόλου του.
Εικόνα 2.4.2 Σχηματικό διάγραμμα ενός MAS-Microgrid.
26
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 2.4.3 Γενική Αρχιτεκτονική ενός Ευφυούς Πράκτορα.
2.4.2.γ Υλοποίηση Αυτόνομων Ευφυών Πρακτόρων
Συνοψίζοντας και λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω, υλοποιήθηκε ενα MAS με
σκοπό τον έλεγχο και την ορθή λειτουργία του Microgrid. Οι agents που
χρησιμοποιήθηκαν, μαζί με τα χαρακτηριστικά τους, αναφέρονται παρακάτω. Σε
αυτό το σημείο δεν γίνεται λόγος για τον αλγόριθμο λειτουργίας τους, αναφορά η
οποία θα γίνει στο αντίστοιχο κεφάλαιο (4ο της εργασίας).
PV agent (Πράκτορας Φ/Β): είναι υπεύθυνος για τον έλεγχο, την παρακολούθηση
και τη διαπραγμάτευση του επιπέδου ισχύος της μονάδας ΑΠΕ. Φέρει
χαρακτηριστικά αναγνώρισης, όπως όνομα ή ID της μονάδας (σε περίπτωση
περισσότερων της μίας).
WT agent (Πράκτορας Ανεμογεννήτριας): είναι υπεύθυνος για τον έλεγχο, την
παρακολούθηση και τη διαπραγμάτευση του επιπέδου ισχύος της μονάδας ΑΠΕ.
Φέρει χαρακτηριστικά αναγνώρισης, όπως όνομα ή ID της μονάδας (σε περίπτωση
περισσότερων της μίας).
Load agent (Πράκτορας Φορτίου): είναι υπεύθυνος για τον έλεγχο, την
παρακολούθηση και τη διαπραγμάτευση του επιπέδου ισχύος τόσο του κρίσιμου όσο
και του μη κρίσιμου φορτίου. Ελέγχει την κατάστασή τους (συνδεδεμένη ή μη), και
αναλόγως υπολογίζει την συνολική ισχύ των φορτίων, ως απόκριση στα ερωτήματα
του MGM (microgrid management agent). Και αυτός μπορεί να φέρει
χαρακτηριστικά αναγνώρισης, όπως όνομα ή ID του φορτίου (σε περίπτωση
περισσότερων του ενός).
DG agent (Πράκτορας Γεννήτριας Diesel) : είναι υπεύθυνος για τον έλεγχο, την
παρακολούθηση και τη διαπραγμάτευση του επιπέδου ισχύος και της κατάστασης της
27
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
γεννήτριας. Φέρει χαρακτηριστικά αναγνώρισης, όπως όνομα ή ID της μονάδας (σε
περίπτωση περισσότερων της μίας).
Dump Load Agent (Πράκτορας Απόρριψης Φορτίου) : είναι υπεύθυνος για τον
έλεγχο, την παρακολούθηση και τη διαπραγμάτευση της κατάστασης (συνδεδεμένο ή
μη) του φορτίου απόρριψης ισχύος.
Battery agent (Πράκτορας Μπαταρίας) : είναι ικανός να παρακολουθεί, να ελέγχει
και να διαπραγματεύεται την ισχύ, την κατάσταση φόρτισης, την κατάσταση
σύνδεσης και το επίπεδο SOC της μπαταρίας. Συνεργάζεται και αποκρίνεται στα
ερωτήματα του MGM για την τρέχων τιμή του SOC. Ενώ διαθέτει και πληροφορίες
για τα ονομαστικά χαρακτηριστικά λειτουργίας της μπαταρίας(πχ ονομαστικό ρεύμα).
Τέλος φέρει χαρακτηριστικά αναγνώρισης, όπως όνομα ή ID της μπαταρίας.
MGM agent- microgrid management agent (Πράκτορας Διαχείρισης
Μικροδικτύου) : Είναι ο κύριος και βασικός πράκτορας, υπεύθυνος για τον έλεγχο
και τη διαχείριση του microgrid. Παρακολουθεί, προγραμματίζει και διαχειρίζεται τις
λαμβάνουσες πληροφορίες, μέσω επικοινωνίας με τους υπόλοιπους πράκτορες,
υπολογίζοντας τα απαραίτητα σήματα λειτουργίας προς τις υπομονάδες του
μικροκυκλώματος. Επιπλέων ο πράκτορας αυτός διαθέτει πίνακα τιμών με
περιεχόμενο βασικές πληροφορίες σχετικά με λειτουργικές καταστάσεις και οριακές
τιμές (min,max) των μονάδων.
Εικόνα 2.4.3 Σχεδιάγραμμα πρακτόρων εργασίας.
Στο παραπάνω σχεδιάγραμμα εικόνα (2.4.3) απεικονίζονται οι πράκτορες που
χρησιμοποιήθηκαν στην συγκεκριμένη εργασία τόσο μεταξύ τους όσο και με το
μικροδίκτυο.
28
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3
ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΣΥΝΙΣΤΩΣΕΣ ΑΥΤΟΝΟΜΟΥ
ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ
3.1 Εισαγωγή
Στο κεφάλαιο αυτό που ακολουθεί γίνεται αρχικά μια μικρή αναφορά στις ΑΠΕ
και στο Αυτόνομο Υβριδικό Σύστημα. Στην συνέχεια ακολουθεί μια μικρή περιγραφή
των υπομονάδων (συστημάτων) που συγκροτούν το κύκλωμα, καθώς και παράθεση
των βασικών εξισώσεων λειτουργία τους. Για κάθε υπομονάδα πραγματοποιείται
επεξήγηση του τρόπου σχεδίασης και υλοποίησης στο πρόγραμμα Matlab/Simulink.
Οι υπομονάδες που χρησιμοποιήθηκαν στο κύκλωμά μας είναι: ένα φωτοβολταϊκό,
μια ανεμογεννήτρια, μία συστοιχία μπαταριών (συσσωρευτές), μία ντιζελογεννήτρια,
ένα φορτίο εναπόθεσης περίσσειας ισχύος (dump load) δύο φορτία με διαφορετική
προτεραιότητα σύνδεσης /αποσύνδεσης, καθώς και τα απαραίτητα ηλεκτρονικά
ισχύος και βασικοί ελεγκτές για την ομαλή λειτουργία του συστήματος. Τέλος μετά
την ξεχωριστή ανάλυση του κάθε συστήματος, παρουσιάζεται η μαζική συγκρότησή
τους στο τελικό κύκλωμα, που χρησιμοποιήθηκε για την μελέτη της εργασίας και τη
λήψη αποτελεσμάτων.
Όπως θα αναλυθεί εκτενέστερα στο επόμενο κεφάλαιο, η μέθοδος που
αποφασίστηκε να εφαρμοστεί για τον έλεγχο του κυκλώματος είναι αυτή ενός
average model control. Στις απαιτήσεις λοιπόν τις μεθόδου αυτής, χρειάστηκε να
προσαρμοστεί και το μοντέλο σχεδιασμού του κυκλώματος. Συγκεκριμένα
αναφερόμενοι σε ένα average model, εννοούμε ότι κατά τη σχεδίαση των
ηλεκτρονικών ισχύος (inverter, converter) του κυκλώματος, δεν χρησιμοποιούμε τις
συνήθεις μονάδες με διακόπτες (IGBT) και γέφυρες, αλλά κατά σύμβαση και μέσω
σημάτων σε ελεγχόμενες πηγές πετυχαίνουμε το ζητούμενο αποτέλεσμα. Αυτό δεν
παύει να είναι μια θεώρηση, που όμως είναι πολύ σημαντική για την μελέτη του
συστήματος της εργασίας, καθώς επιτυγχάνεται σε μεγάλο βαθμό απλοποίηση του
κυκλώματος, καθιστώντας το πιο γρήγορο, εύχρηστο και λειτουργικό. Λαμβάνοντας
υπόψη την πολυπλοκότητα του κυκλώματος (συνδυάζει πολλές μονάδες ταυτόχρονα,
π.χ. Φ/Β, Α/Γ, μπαταρία, Η/Ζ, φορτία), καθώς και την προτεραιότητα της εργασίας
για παρακολούθηση και έλεγχο των ροών ισχύος υπό λειτουργικές συνθήκες, η
επιλογή της μεθόδου αυτής με τις απλοποιήσεις και τις παραδοχές, φαντάζει καίρια
και αποτελεσματική. Αναφερόμενοι στο εξής στη λέξη αντιστροφέα ή μετατροπέα,
δεν αναμένουμε το κλασικό κύκλωμα, αλλά μια υλοποίηση που πετυχαίνει παρόμοια
αποτελέσματα και υπακούει στην τεχνοτροπία του εφαρμόσιμου average model.
29
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
3.2 Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας
Τις τελευταίες δεκαετίες εμφανίζονται ως μείζονα θέματα η κάλυψη της συνεχώς
αυξανόμενης ζήτησης και οι επιπτώσεις της ενεργειακής δραστηριότητας στο
περιβάλλον. Τα προηγούμενα χρόνια, η παραγωγή ενέργειας βασίστηκε στην καύση
ορυκτών καυσίμων λόγω του αρκετού χαμηλού κόστους τους. Όμως η ανεξέλεγκτη
άντληση τους έχει οδηγήσει σήμερα, σε μια επικείμενη εξάντληση των αποθεμάτων.
Ίσως το πιο σημαντικό μειονέκτημα των συμβατικών πηγών ενέργειας είναι οι
επιπτώσεις που έχει στο περιβάλλον η εκμετάλλευση και η χρήση τους. Πλέον, η
αυξανόμενη μόλυνση του περιβάλλοντος, η αύξηση της θερμοκρασίας, η μείωση των
υδάτινων αποθεμάτων αποτελούν τα ορατά αποτελέσματα της ενεργειακής
δραστηριότητας και φιλοσοφίας των προηγούμενων χρόνων. Είναι κατανοητό λοιπόν
ότι πρέπει να ενισχυθούν άλλες, αναξιοποίητες μέχρι σήμερα λύσεις για την
παραγωγή ενέργειας. Ενώ θα πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στον αντίκτυπο που
έχει η εκμετάλλευση κάθε πηγής ενέργειας στο περιβάλλον.
Η απαίτηση για όσο το δυνατόν μεγαλύτερη, απεξάρτηση από τις συμβατικές
πηγές ενέργειας, αλλά και η προσπάθεια για μείωση της ρύπανσης του
περιβάλλοντος, οδηγούν στη χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ΑΠΕ) που δίνουν
σε μεγάλο βαθμό λύση στα παραπάνω προβλήματα.
Ως Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας ορίζονται οι ενεργειακές πηγές, οι οποίες
υπάρχουν σε αφθονία στο φυσικό περιβάλλον και πρακτικά είναι ανεξάντλητες. Η
χρήση τους δεν ρυπαίνει το περιβάλλον και η αξιοποίηση τους έγκειται μόνο στην
ανάπτυξη αξιόπιστων και οικονομικά αποδεκτών τεχνολογιών που θα δεσμεύουν το
δυναμικό τους. Πηγές ενέργειας όπως η αιολική, η ηλιακή, η υδάτινη και η
γεωθερμική χαρακτηρίζονται ως ανανεώσιμες αφού ανανεώνονται συνεχώς και είναι
άμεσα εκμεταλλεύσιμες από τον άνθρωπο.
Οι ΑΠΕ έχοντας ξεπεράσει τα μειονεκτήματα του παρελθόντος κρίνονται πλέον
ανταγωνιστικές για την παραγωγή ενέργειας. Η μαζικότερη παραγωγή και
εκτεταμένη έρευνα στο χώρο, έχουν οδηγήσει σε μείωση του κόστους παραγωγής και
αύξηση της απόδοσης των συστημάτων. Η τάση για απεξάρτηση από τα ορυκτά
καύσιμα, θα συνεισφέρουν στην ενεργειακή αυτάρκεια και ανάπτυξη απομονωμένων
μέχρι σήμερα περιοχών.
3.3 Αυτόνομα Υβριδικά Συστήματα Παραγωγής Ενέργειας
Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω σχετικά με την παραγωγή ενέργειας,
αντιλαμβανόμαστε την αιτία που οι ΑΠΕ έχουν συγκεντρώσει το ενδιαφέρον όλων
των σπουδών έρευνας και ανάπτυξης. Οι δύο κύριες τεχνολογίες που
30
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
χρησιμοποιούνται για μαζική παραγωγή και διάθεση ηλεκτρικής ενέργειας είναι η
ηλιακή και η αιολική. Ο στοχαστικός χαρακτήρας πολλών μορφών ΑΠΕ θέτει
ορισμένους τεχνοοικονομικούς και λειτουργικούς περιορισμούς κατά τη χρήση τους
για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών. Για παράδειγμα η αξιοποίηση της
ηλιακής ενέργειας προϋποθέτει τη χρήση αποθηκευτικών μέσων εξαιτίας των
διακυμάνσεων στη διάθεσή της. Το ίδιο ισχύει και για την αιολική ενέργεια. Τα
παραπάνω έχουν οδηγήσει στην έρευνα και ανάπτυξη των υβριδικών συστημάτων
παραγωγής ενέργειας τα οποία γενικά ορίζονται ως εκείνα τα συστήματα παραγωγής
ενέργειας που υπάρχουν περισσότερες από μια ηλεκτρικές γεννήτριες διαφορετικής
τεχνολογίας ως προς το εν χρήσει καύσιμο[14].
Τα μη διασυνδεδεμένα συστήματα παραγωγής ενέργειας από ΑΠΕ ικανοποιούν
τη ζήτηση για ενέργεια άμεσα χωρίς τη χρήση μεγάλων γραμμών μεταφοράς. Ο
συνδυασμός διαφορετικών αλλά συμπληρωματικών συστημάτων παραγωγής
ενέργειας βασισμένων στις ΑΠΕ και ο συνδυασμός ανανεώσιμων και μη (όπως
ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη) πηγών ενέργειας είναι γνωστός σαν υβριδικό σύστημα
ενέργειας. Συνήθως τα υβριδικά συστήματα περιλαμβάνουν δύο ή περισσότερες ΑΠΕ
συνδυασμένες με συμβατικές τεχνολογίες παραγωγής ενέργειας όπως είναι οι
ντιζελογεννήτριες.
Εικόνα 3.3.1 Αυτόνομο υβριδικό σύστημα ενέργειας.
31
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
3.3.1 Σχεδιασμός Υβριδικού Συστήματος Παραγωγής Ενέργειας
Ο σχεδιασμός ενός υβριδικού συστήματος πρέπει να λαμβάνει υπόψη ένα αριθμό
παραγόντων όπως :





Την εθνική πολιτική για την προώθηση υβριδικών συστημάτων παραγωγής
ενέργειας και γενικότερα για την προώθηση των ΑΠΕ
Τα χαρακτηριστικά του φορτίου και η τοποθέτηση στην οποία βρίσκεται
(ημερήσιες kWh ,peak).
Την διαθεσιμότητα και την εκμετάλλευση των δυνατοτήτων της ΑΠΕ.
Το ποσοστό διείσδυσης της τεχνολογίας της ΑΠΕ στο υβριδικό σύστημα.
Το κόστος εγκατάστασης και το κόστος λειτουργίας και συντήρησης καθώς
και την αξιοπιστία και την επίδραση στο περιβάλλον[15].
3.3.2 Πλεονεκτήματα Υβριδικών Συστημάτων

Τα υβριδικά συστήματα εκμεταλλεύονται τα καλύτερα τα χαρακτηριστικά της
κάθε τεχνολογίας και παρέχουν ενέργεια τέτοιας ποιότητας όπως αυτή του
δικτύου με ένα εύρος από 1kW μέχρι εκατοντάδες kW. Έτσι μπορούν να
αναπτυχθούν σαν αυτόνομα καινούρια και ανεξάρτητα συστήματα μέσα σε
μικρά συστήματα διανομής ενέργειας (mini grids) ή να ενταχθούν σε
υπάρχουσες θερμικές μονάδες βασιζόμενες στο πετρέλαιο μετά από τις
απαραίτητες επεμβάσεις στο υπάρχον σύστημα.
 Τα υβριδικά συστήματα βρίσκουν εφαρμογή σε περιοχές όπου η σύνδεσή τους
με το ηλεκτρικό δίκτυο αλλά και η μεταφορά του καυσίμου θεωρούνται
αντιοικονομικές επιλογές. Παρέχουν επίσης τη δυνατότητα μελλοντικής
σύνδεσης με το δίκτυο στις περιοχές που γίνεται η εγκατάσταση τους.
 Όπως αναφέρθηκε, ένα τυπικό υβριδικό σύστημα συνδυάζει δύο ή και
περισσότερες τεχνολογίες παραγωγής ενέργειας. Από ΑΠΕ υπάρχει η χρήση
φωτοβολταϊκών, ανεμογεννητριών ή μικρών υδροηλεκτρικών συστημάτων
και από τις συμβατικές τεχνολογίες, υπάρχει συνήθως η χρήση
ντιζελογεννητριών, μονάδες που παράγουν ενέργεια από τη χρήση βιομάζας
και οι κυψέλες καυσίμου. Επιπλέων συμπεριλαμβάνονται ηλεκτρονικά
ισχύος(όπως ανορθωτές, αντιστροφείς, ρυθμιστές τάσης) και μπαταρίες
αποθήκευσης ενέργειας. Τα υπογραμμισμένα είναι οι τεχνολογίες που
χρησιμοποιήθηκαν στο δικό μας μικροδίκτυο και αναλύονται στην συνέχεια
του κεφαλαίου.
 Τα υβριδικά συστήματα που περιέχουν τεχνολογία με καύσιμο λειτουργούν με
την ελάχιστη δυνατή κατανάλωση, επειδή προβλέπεται παραγωγή ενέργειας
από αυτό μόνο σε περιόδους υψηλής ζήτησης φορτίου ή χαμηλού
ανανεώσιμου δυναμικού. Το γεγονός αυτό υποδηλώνει τη μειωμένη
32
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ


κατανάλωση καυσίμου σε σχέση με μία αυτόνομη μονάδα συμβατικής
τεχνολογίας στο κύκλωμα.
Σχετικά με τους παράγοντες που καθορίζουν το κόστος ηλεκτροδότησης μιας
περιοχής είναι η εγκατάσταση γραμμών μεταφοράς ενέργειας υψηλής και
μέσης τάσης, η δημιουργία υποσταθμών, η δημιουργία δικτύου διανομής, το
μέγεθος του φορτίου που πρέπει να καλυφθεί, η απόσταση του φορτίου από
της υπάρχουσα γραμμή μεταφοράς και το είδος του εδάφους που πρέπει να
διασχιστεί. Τα υβριδικά συστήματα συνήθως εφαρμόζονται σε αγροτικές
περιοχές αποκομμένες από το δίκτυο. Επειδή οι περιοχές αυτές δεν
παρουσιάζουν μεγάλο φορτίο και συνήθως βρίσκονται μακριά από το υπάρχον
δίκτυο, καθίσταται αντιοικονομική
η δημιουργία δικτύου για την
ηλεκτροδότηση τέτοιων κοινοτήτων ή ακόμη και κατοικιών. Έτσι η παροχή
ενέργειας από υβριδικά συστήματα βασιζόμενα σε ΑΠΕ είναι πιο οικονομική
σε αυτές τις περιπτώσεις και φιλική προς το περιβάλλον.
Η αύξηση της αξιοπιστίας αυτών των συστημάτων, οι ασήμαντες απώλειες
μεταφοράς και η χρήση αειφόρων πηγών ενέργειας παίζουν σημαντικό ρόλο
για να αποτελούν τα υβριδικά συστήματα την καλύτερη αποκεντρωμένη λύση.
3.3.3 Διαστασιολόγηση και Έλεγχος Υβριδικών Συστημάτων
Μείζονος σημασίας για την υλοποίηση των υβριδικών συστημάτων ενέργειας
αποτελεί το θέμα του οικονομικού κόστους του υβριδικού συστήματος, τόσο του
κόστους κτήσης όσο και του κόστους λειτουργίας. Το υβριδικό σύστημα πρέπει να
σχεδιαστεί κατάλληλα προκειμένου να ικανοποιήσει τη ζήτηση του καταναλωτή σε
κάθε περίπτωση και ταυτόχρονα να έχει το δυνατότερο χαμηλό κόστος. Συνεπώς, η
διαστασιολόγηση ενός συστήματος είναι σημαντική παράμετρος για την υλοποίηση
του καθώς από αυτή εξαρτάται η οικονομική βιωσιμότητα της επένδυσης. Ωστόσο,
πρέπει να ληφθεί υπόψη πως εκτός από το οικονομικό κόστος υπάρχει και το
περιβαλλοντικό κόστος το οποίο είναι εξίσου σημαντικό και στην περίπτωση των
υβριδικών συστημάτων παραγωγής ενέργειας χωρίς συμβατικές πηγές
είναι
μηδαμινό.
Κατά τη διάρκεια λειτουργίας του υβριδικού συστήματος πρέπει να ληφθούν
υπόψη οι λειτουργικοί περιορισμοί των συνιστωσών προκειμένου να μην
παρουσιάζονται προβλήματα στην παροχή της ισχύος, οι συνιστώσες να λειτουργούν
κατά το δυνατόν αποδοτικότερα και η λειτουργία τους να μην επιδρά αρνητικά στο
χρόνο ζωής τους. Προκειμένου λοιπόν να επιτευχθεί η εύρυθμη λειτουργία του
συστήματος εφαρμόζονται πολλές διαφορετικές στρατηγικές διαχείρισης ελέγχου που
ποικίλουν ανάλογα με το μέγεθος του συστήματος καθώς και την εφαρμογή για την
οποία αυτό προορίζεται. Οι τεχνικές ελέγχου που εφαρμόζονται σε κάθε περίπτωση
πρέπει να λαμβάνουν υπόψη και τη συμπεριφορά των καταναλωτών, δηλαδή το είδος
του φορτίου που θα τροφοδοτήσουν. Για το λόγο αυτό, οι παράμετροι ελέγχου μπορεί
33
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
να διαφέρουν σε κάθε περίπτωση. Σε κάθε περίπτωση, για διαφορετικούς τύπους
εφαρμογών, γίνεται διαφορετικός συμβιβασμός μεταξύ της πολυπλοκότητας του
ελέγχου και της βέλτιστης απόκρισης του συστήματος[16].
3.3.4 Σύνοψη Αυτόνομων Υβριδικών Συστημάτων
Τέλος θα επαναλάβουμε, όπως προαναφέρθηκε και στο κεφάλαιο της εισαγωγής,
με μία γρήγορη ματιά, τα βασικά χαρακτηριστικά του αυτόνομου υβριδικού
συστήματος, παράγοντες τους οποίους λάβαμε ως γνώμονα για την υλοποίηση του
κυκλώματός μας.
Τα αυτόνομα υβριδικά συστήματα (ΑΥΣ) χρησιμοποιούνται για την
ηλεκτροδότηση απομονωμένων φορτίων, φορτίων ειδικού σκοπού ή απομονωμένων/
νησιωτικών περιοχών που δεν είναι συνδεδεμένες με το κεντρικό ηλεκτρικό δίκτυο
οπότε δεν υπάρχει σύστημα μεταφοράς παρά μόνο σύστημα διανομής. Το αυτόνομο
σύστημα απαιτείται να είναι σε θέση να παρέχει όλη την ενέργεια που ζητείται
οποιαδήποτε χρονική στιγμή ή να αποκόπτει το φορτίο, όταν αυτό δεν είναι εφικτό.
Επιπλέον, οφείλει να έχει την ικανότητα ρύθμισης της συχνότητας και της παραγωγής
άεργου ισχύος ώστε να ρυθμίζει την τάση του δικτύου. Όταν η ηλεκτρική παραγωγή
από ΑΠΕ ξεπερνά το φορτίο η περίσσεια ενέργειας πρέπει να αποθηκευτεί ή και να
απορριφθεί με κάποιο τρόπο ώστε να μην προκαλέσει αστάθεια στο σύστημα. Για
τους παραπάνω λόγους, τα περισσότερα ΑΥΣ περιλαμβάνουν διατάξεις
αποθήκευσης, συστήματα ελέγχου και συστήματα διαχείρισης φορτίου. Μία
πρόσθετη δυνατότητα που παρέχουν τα αυτόνομα υβριδικά συστήματα είναι η
μελλοντική διασύνδεση με το δίκτυο.
3.4 Ανεμογεννήτρια
3.4.1 Αιολική Ισχύς και Μετατροπή
Ανεμογεννήτριες (Α/Γ) είναι τα συστήματα με δυνατότητα μετατροπής της
κινητικής ενέργειας του ανέμου σε ηλεκτρική. Η διαδικασία έχει ως εξής: αρχικά,
τμήμα της κινητικής ενέργειας του ανέμου δεσμεύεται από τον ρότορα της
ανεμοτουρμπίνας και μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια στον άξονα του ρότορα,
στη συνέχεια η μηχανική ενέργεια του άξονα μετατρέπεται σε ηλεκτρική από την
ηλεκτρογεννήτρια (Εικόνα 3.4.1). Το σύστημα ελέγχου της τουρμπίνας διαχειρίζεται,
μέσω του ελέγχου βήματος πτερυγίων, την εισερχόμενη στον άξονα μηχανική ισχύ (ή
ισοδύναμα την αποσπώμενη από τον άνεμο ισχύ). Ο έλεγχος του ηλεκτρονικού
μετατροπέα αποσκοπεί στον μετασχηματισμό της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας
στην επιθυμητή τάση και συχνότητα. Συνήθως μεταξύ του άξονα της τουρμπίνας και
εκείνου της ηλεκτρογεννήτριας μεσολαβεί ένα κιβώτιο ταχυτήτων που αποσυμπλέκει
34
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
τον πλευρά χαμηλής ταχύτητας (άξονας ανεμοτουρμπίνας), με εκείνη της υψηλής
ταχύτητας (Εικόνα 3.4.1).
Εικόνα 3.4.1 Διαδικασία μετατροπής κινητικής ενέργειας ανέμου σε ηλεκτρική.
3.4.2 Δομικά Χαρακτηριστικά μιας Α/Γ
Στις μέρες μας ,ένας τύπος (με βάση τη θέση του άξονα) Α/Γ έχει κυριαρχήσει.
Είναι ο τύπος του οριζόντιου άξονα. Περιλαμβάνει συνήθως 3 πτερύγια και
αποτελείται από τα ακόλουθα μέρη [17]:
Δρομέα (ρότορας): είναι το μέρος αυτό με το οποίο μεταφέρεται η μηχανική ισχύς,
ώστε να γίνει ηλεκτρική μέσω της επαγωγής μέσα στη γεννήτρια. Μερικές φορές
χρησιμοποιείται σύστημα γραναζιών για να επιτευχθεί η επιθυμητή συχνότητα
περιστροφής
Γεννήτρια: Ο μηχανισμός αυτός παράγει την ηλεκτρική ενέργεια όταν η ταχύτητας
του ανέμου υπερβεί το κατώφλι για την έναρξη παραγωγής ισχύος.
Κατευθυντήριο σύστημα: Το σύστημα αυτό είναι είτε ένα ουριαίο πτερύγιο , είτε
για μεγάλες Α/Γ ,ένας μηχανισμός με γρανάζια και κινητήρα ,ώστε η Α/Γ να
εκμεταλλευτεί όσο γίνεται καλύτερα τον άνεμο, στην κατεύθυνση που αυτός κινείται.
Σύστημα προστασίας: Οι σύγχρονες ανεμογεννήτριες είναι συνήθως εξοπλισμένες
με μηχανισμούς για να αποτρέψουν κάποια ζημία στους υπερβολικά δυνατούς
ανέμους. Οι μεγάλες μηχανές μπορούν και έχουν σύνθετες ρυθμίσεις για να
διακόψουν την παραγωγή με τις ταχύτητες υψηλού αέρα. Τα μικρότερα συστήματα
αλλάζουν τον προσανατολισμό των πτερυγίων ή και των λεπίδων , έτσι ώστε
μειώνουν την ταχύτητα περιστροφής των πτερυγίων τους, ή χρησιμοποιούν μηχανικά
δισκόφρενα.
Πύργος: Ο σχεδιασμός των πύργων είναι ιδιαίτερα κρίσιμος, καθώς πρέπει να είναι
ψιλός, γερός, να επιτρέπει την πρόσβαση στην ανεμογεννήτρια για τη συντήρησή της,
35
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
και όμως να μην επιβαρύνει το κόστος του συστήματος. Στις ανεμογεννήτριες
οριζοντίου άξονα στην άτρακτο υπάρχει και το σύστημα προσανατολισμού τους,
ανάλογα με τη διεύθυνση του ανέμου.
Στο παρακάτω σχήμα (εικόνα 3.4.2) απεικονίζονται τα κύρια τμήματα μιας Α/Γ.
Εικόνα 3.4.2 Κύρια τμήματα μιας ανεμογεννήτριας (1. πτερύγια Α/Γ 2. πλήμνη άξονα
περιστροφής 3. πλαίσιο ατράκτου κινητήρα 4. κύριο ρουλεμάν 5. άξονας στροφών 6. κιβώτιο
ταχυτήτων 7. φρένο ασφάλειας 8. σύζευξη με τη γεννήτρια 9. γεννήτρια επαγωγής 10.δοχείο ψύξης
γεννήτριας και κιβωτίου ταχυτήτων 11, ανεμόμετρα 12. Έλεγχος 13. υδραυλικό σύστημα περιστροφής
14. κινητήρας περιστροφής 15. ρουλεμάν περιστροφής 16. Κέλυφος ατράκτου 17. πύργος)
3.4.3 Τύποι Ανεμογεννητριών
Μπορούμε να διακρίνουμε τις ανεμογεννήτριες με βάση τρία κριτήρια. Την
διεύθυνση του άξονα περιστροφής τους, το εύρος της περιστροφικής τους ταχύτητας
και τον τρόπο ελέγχου της αεροδυναμικής ισχύος [17][18].
Αναφορικά με την διεύθυνση του ρότορα οι Α/Γ διακρίνονται σε κάθετου και
οριζόντιου άξονα. Οι Α/Γ οριζόντιου άξονα (Horizontal axis wind turbines), έχουν
επικρατήσει στην αγορά σε συντριπτικό ποσοστό έναντι εκείνων με κάθετο άξονα. Ο
κυριότερος λόγος γι’ αυτό είναι ο πολύ καλύτερος αεροδυναμικός συντελεστής τους,
36
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
καθώς και η ικανότητα τους να περιορίζουν την διακύμανση στην παραγόμενη ισχύ,
μέσω της γωνίας βήματος των πτερυγίων(Εικόνα 3.4.3).
Εικόνα 3.4.3 Αριστερά: Α/Γ οριζόντιου άξονα Δεξιά: Α/Γ κάθετου άξονα.
Με βάση την ταχύτητα περιστροφής οι Α/Γ χωρίζονται σε μεταβλητής και
σταθερής ταχύτητας.

Για τις Α/Γ σταθερής ταχύτητας, αποτελούνται συνήθως από μια επαγωγική
γεννήτρια βραχυκυκλωμένου κλωβού ή από μια σύγχρονη γεννήτρια, η οποία
είναι απευθείας συνδεδεμένη στο δίκτυο, με μια διάταξη ομαλής εκκίνησης
(soft starter) και μια συστοιχία πυκνωτών για τη μείωση της κατανάλωσης
άεργου ισχύος, σύμφωνα με το παρακάτω σχήμα (Εικόνα 3.4.4). Η ταχύτητα
ρότορα σε αυτόν τον τύπο ,καθορίζεται εξορισμού από το κιβώτιο ταχυτήτων
και τον αριθμό των πόλων της γεννήτριας.
Εικόνα 3.4.4 Α/Γ σταθερής ταχύτητας με επαγωγική μηχανή.
37
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Οι Α/Γ μεταβλητής ταχύτητας έχουν την δυνατότητα να προσαρμόζουν την
ταχύτητα περιστροφής του δρομέα κατά αντιστοιχία με αυτήν του ανέμου. Με αυτόν
τον τρόπο επιτυγχάνεται βέλτιστη μετατροπή της αιολικής ενέργειας σε ηλεκτρική
για ένα μεγάλο εύρος ταχυτήτων ανέμου. Για τις Α/Γ μεταβλητής ταχύτητας
υπάρχουν δύο υποκατηγορίες:

Α/Γ με πλήρη μετατροπέα ηλεκτρονικών ισχύος (Εικόνα 3.4.5). Σε αυτού του
είδους τις Α/Γ μπορεί να χρησιμοποιηθεί σύγχρονη γεννήτρια μόνιμου
μαγνήτη (PMSG) ή σύγχρονη γεννήτρια με dc τύλιγμα διέγερσης στο δρομέα
(WRSG) ή επαγωγική γεννήτρια βραχυκυκλωμένου κλωβού (SCIG).
Εικόνα 3.4.5 Α/Γ μεταβλητής ταχύτητας με επαγωγική ή σύγχρονη μηχανή.

Το σύστημα που φαίνεται στο παρακάτω σχήμα (Εικόνα 3.4.6), λειτουργεί με
μια μηχανή διπλής τροφοδότησης (doubly fed induction generator ή DFIG). Η
διάταξη περιλαμβάνει μηχανή δακτυλιοφόρου δρομέα, με τον στάτη να είναι
απευθείας συνδεδεμένο στο δίκτυο, ενώ το τύλιγμα ρότορα, μέσω των
δακτυλίων ,σε έναν αντιστροφέα.
Εικόνα 3.4.6 Α/Γ μεταβλητής ταχύτητας με επαγωγική μηχανή διπλής τροφοδοσίας (DFIG).
38
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Όσον αφορά την ρύθμιση της (αποσπώμενης από την τουρμπίνα)
αεροδυναμικής ισχύος αυτή μπορεί να επιτευχθεί με τρεις τρόπους που είναι
γνωστοί ως pitch control ή αλλιώς έλεγχος βήματος έλικας (είναι η πιο διαδεδομένη
τεχνική και συνήθως αυτή που χρησιμοποιείται), passive stall control και active stall
control.
3.4.4 Μαθηματικό Μοντέλο Ανεμοτουρμπίνας
Αν Pwind είναι η κινητική ενέργεια που μεταφέρει μια μάζα αέρα (m), δια μέσου,
μιας επιφάνειας Vw, δίνεται από την σχέση:
Pwi nd 
1
pAuVw3
2
(3.4.1)
όπου,
p : η πυκνότητα του αέρα (τυπική τιμή 1.25kg/m2)
Vw: η ταχύτητα του ανέμου (m/sec)
Au: η επιφάνεια από την οποία διέρχεται ο άνεμος (m2)
Pwind: η κινητική ενέργεια του ανέμου (W)
Εφόσον, η πλήρης εκμετάλλευση της κινητικής ενέργειας του ανέμου, απαιτεί
τον μηδενισμό της ταχύτητας του μόλις αυτός περάσει την ανεμοτουρμπίνα, γίνεται
κατανοητό ότι αυτή δεν είναι εφικτή. Το μέγιστο, θεωρητικό, όριο της ισχύος που
μπορεί να δεσμευτεί από τον άνεμο, γνωστό σαν όριο του Betz, είναι 59% και δεν
μπορεί να επιτευχθεί σχεδιαστικά.
Η ενέργεια που αποσπά η ανεμοτουρμπίνα από τον άνεμο υπολογίζεται από την
σχέση (3.4.2). Το ποσό όμως της ενέργειας, που τελικά θα παράγει η διάταξη της
Α/Γ, εξαρτάται τόσο από της απώλειες του μηχανικού τμήματος όσο και από εκείνες
του ηλεκτρικού (σχέση 3.4.3).
1
P  C p p R 2Vw3
2
(3.4.2)
όπου,
P: η ενέργεια που δεσμεύει η ανεμοτουρμπίνα (W)
R: το μήκος των πτερυγίων (m)
p: η πυκνότητα του αέρα (kg/m2)
Vw: η ταχύτητα του ανέμου (m/sec)
Cp: ο αεροδυναμικός συντελεστής ισχύος.
39
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Pel  n1n2 P
(3.4.3)
όπου,
Pel: η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια (W)
n1: ο βαθμός απόδοσης του μηχανικού τμήματος
n2: ο βαθμός απόδοσης του ηλεκτρικού τμήματος
Από την (3.4.2) παρατηρούμε ότι η αποσπώμενη από τον άνεμο ισχύς εξαρτάται
από την ταχύτητα του ανέμου, το μήκος των πτερυγίων, αλλά και τον αεροδυναμικό
συντελεστή ισχύος. Ο Cp είναι ο παράγοντας που καθορίζει το ποσοστό
εκμετάλλευσης του αιολικού δυναμικού και ο πλήρης ορισμός του δίνεται από τον
λόγο PM/PA. Τυπικές τιμές του Cp είναι μεταξύ 0.44-0.5, με το θεωρητικό μέγιστο
του 0.59 (όριο Betz) να μην μπορεί, όπως έχουμε αναφέρει, να επιτευχθεί.
Ο αεροδυναμικός συντελεστής ισχύος εξαρτάται από τον λόγο ταχύτητας
ακροπτερυγίου (tip speed ratio ή λ) και την γωνία βήματος έλικας (γνωστή και ως
γωνία pitch ή β). Ο λόγος ταχύτητας ακροπτερυγίου δίνεται από την παρακάτω
σχέση:

r R
Vw
(3.4)
όπου,
ωr: η περιστροφική ταχύτητα της τουρμπίνας (rad/sec)
R: το μήκος των πτερυγίων (m)
Vw: η ταχύτητα του ανέμου (m/sec)
Για τον υπολογισμό του Cp όλοι οι μαθηματικοί τύποι που έχουν προταθεί είναι
εμπειρικοί και έχουν, περίπου, την ίδια μορφή. Η σχέση που χρησιμοποιείται συχνά ,
είναι η εξής:
c
 c5
C p   ,    c1  2  c3   c4  e i   c6
 i

(3.4.5)
Όπου,

1
0.035 

 3 
i    0.08   1 
1
40
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
β: η γωνία βήματος έλικας (deg)
και οι σταθερές παίρνουν τις τιμές που δίνονται στον πίνακα 3.4.1.
c1
0.5167
c2
116
c3
0.4
c4
5
c5
21
c6
0.0068
Πίνακας 3.4.1 Τιμές σταθερών εξισώσεων Cp.
Υπάρχει ένας βέλτιστος συνδυασμός τιμών του λ και της γωνίας β, για τις οποίες,
επιτυγχάνεται η μέγιστη τιμή του Cp. Η βέλτιστη β είναι για βο=0. Το βέλτιστο λ,
μπορεί να βρεθεί από την (3.4.5) εάν λύσουμε την εξίσωση για βο. Τότε μπορούμε με
οδηγό την (3.4.4) να μεταβάλλουμε την ωr με τέτοιον τρόπο, ώστε το λ να μένει
σταθερό και ίσο με την βέλτιστη τιμή του, για κάθε ταχύτητα του ανέμου. Έτσι η
ανεμοτουρμπίνα θα λειτουργεί με βέλτιστο αεροδυναμικό συντελεστή
απορροφώντας, για κάθε ταχύτητα ανέμου, την μέγιστη δυνατή ισχύ από αυτόν.
3.4.5 Σχεδιασμός Ανεμογεννήτριας
Κατά τον σχεδιασμό του συστήματος της Α/Γ χρησιμοποιήθηκε η
ανεμοτουρμπίνα του εργαστηρίου των ηλεκτρικών μηχανών του εργαστηρίου του
ΑΠΘ, τα χαρακτηριστικά της οποίας φαίνονται στον παρακάτω πίνακα.
Cut in ταχύτητα ανέμου
Cut out ταχύτητα ανέμου
Ονομαστική ταχύτητα ανέμου (UN)
Αριθμός πτερυγίων
Μήκος πτερυγίων
λ βέλτιστο
β βέλτιστο
Cp βέλτιστο
Ονομαστική ισχύς
4 m/sec
22 m/sec
10.5 m/sec
3
2.2m
8
0
0.48
5.2kW
Πίνακας 3.4.2 Χαρακτηριστικά ανεμοτουρμπίνας.
Στο σχήμα 3.4.7 παρουσιάζουμε τον τρόπο υλοποίησης της ανεμοτουρμπίνας στο
Simulink. Η διάταξη δέχεται ως εισόδους, την ταχύτητα του ανέμου, το μήκος των
πτερυγίων, την περιστροφική ταχύτητα της μηχανής (rad/sec) και τον λόγο του
κιβωτίου ταχυτήτων. Υπολογίζει την μηχανική ισχύ (Pm) που απορροφάται από τον
άνεμο και διαιρώντας την με την περιστροφική ταχύτητα, δίνει στην έξοδο της την
μηχανική ροπή (Τm) στον άξονα της ηλεκτρογεννήτριας (δηλαδή την τιμή της ροπής
στην υψηλή ταχύτητα).
41
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 3.4.7 Μοντελοποίηση ανεμοτουρμπίνας στο simulink.
Στην συνέχεια παραθέτουμε την ιδανική καμπύλη ισχύος της ανεμοτουρμπίνας
(Σχήμα 3.4.8). Για την παρακολούθηση της συγκεκριμένης καμπύλης πρέπει η Α/Γ να
οδηγηθεί με το βέλτιστο αεροδυναμικό συντελεστή για ταχύτητες ανέμου μικρότερες
από την ονομαστική της και στην συνέχεια να περιοριστεί η αποσπώμενη από τον
άνεμο ισχύ, στις μεγάλες ταχύτητες ανέμου.
Εικόνα 3.4.8 Ιδανική καμπύλη ισχύος ανεμοτουρμπίνας.
Στην περιοχή χαμηλών ταχυτήτων (4m/sec≤Vw≤UN ) , η απαίτηση για μέγιστο
Cp , σημαίνει οδήγηση με τις βέλτιστες τιμές β και λ. Από την σχέση (3.4), και με
βάση τα προηγούμενα προκύπτει ο πίνακας 3.4.3, που δίνει την επιθυμητή
περιστροφική ταχύτητα του άξονα της ανεμοτουρμπίνας, ώστε αυτή να απορροφά την
μέγιστη δυνατή ισχύ για κάθε ταχύτητα ανέμου (Maximum Power Point TrackingMPPT). Επίσης φαίνονται και οι τιμές της μηχανικής ισχύος και ροπής στον άξονα
της.
42
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Uανέμου
(m/sec)
ωr()rpm
Pm(W)
Tm(Nm)
4
5
6
7
138.97
299.2
20.1
173.71
572.77
31.5
208.45
989.4
45.35
243.2
1571
61.72
8
9
10
277.94 312.68 347.42
2345.24 3339.22 4580.55
80.61
102
126
10.5
364.79
5200
138
Πίνακας 3.4.3 Υπολογισμοί ανεμοτουρμπίνας εργαστηρίου για οδήγηση με βέλτιστο Cp.
Εικόνα 3.4.9 Καμπύλη ροπής-ταχύτητας της ανεμοτουρμπίνας του εργαστηρίου για διάφορες
ταχύτητες ανέμου.
Εικόνα 3.4.10 Γραφική απεικόνιση μηχανικής ισχύος- ταχύτητας περιστροφής για βέλτιστη
απόδοση (MPPT).
43
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Η μηχανή που χρησιμοποιήθηκε είναι επαγωγική μηχανή βραχυκυκλωμένου
κλωβού και οι παράμετροι όπως συμπληρώθηκαν στο block του Simulink φαίνονται
στη εικόνα 3.4.11. Όπως βλέπουμε στον πίνακα η μηχανή διαστασιολογήθηκε στα
5.5kVA φαινόμενης ισχύος, στα 400 V και σε 50Hz συχνότητα.
Εικόνα 3.4.11 Παράμετροι επαγωγικής μηχανής στο Simulink.
Η συνολική σχεδίαση του συστήματος της ανεμογεννήτριας παρουσιάζεται στην
συνέχεια, όπου μπορούμε να διακρίνουμε τα βασικά σημεία του κυκλώματος.
Φαίνεται λοιπόν η ανεμοτουρμπίνα (wind turbine) στα δεξιά, η ασύγχρονη μηχανή
στο κέντρο και ο έλεγχος που υλοποιήθηκε (subsystem) πάνω αριστερά με έξοδο την
τάση, Vabc, που δίνεται ως σήμα στις τρεις ελεγχόμενες πηγές τάσεις .
44
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 3.4.12 Ολικό κύκλωμα Α/Γ στο Simulink.
Στη σύστημα της Α/Γ πραγματοποιήθηκε έμμεσος διανυσματικός έλεγχος. Στον
έμμεσο διανυσματικό έλεγχο δεν υπάρχει οποιαδήποτε εξάρτηση από τα ηλεκτρικά
μεγέθη του κινητήρα και η υλοποίησή του βασίζεται αποκλειστικά στην μέτρηση της
ταχύτητας περιστροφής και στο δυναμικό μοντέλο του κινητήρα[21]. Ρίχνοντας μια
πιο προσεκτική ματιά στα block του ελέγχου εικόνες 3.4.13 και 3.4.14 μπορούμε να
παρατηρήσουμε τα εξής:
Εικόνα 3.4.13 Σχηματισμός του ρεύματος iq =c ωr2.
Στο παραπάνω block (3.4.13) δημιουργούμε το ρεύμα ροπής iq. Έχοντας ως
είσοδο την ταχύτητα περιστροφής και με τη χρήση ενός slider gain με την μέθοδο της
«δοκιμής και λάθους» δημιουργούμε το iq =c ωr2 , το οποίο στην συνέχεια εισάγεται
ως είσοδος στο subsystem του διανυσματικού ελέγχου.
45
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 3.4.14 Διάγραμμα έμμεσου διανυσματικού ελέγχου της επαγωγικής μηχανής .
Το παραπάνω διάγραμμα δέχεται ως εισόδους το υπολογισμένο ρεύμα ροπής (iq)
(3.4.13), τη γωνία στροφής του δρομέα (θr) και το ρεύμα Ιabc της μηχανής. Στο
σημείο 2 δημιουργούμε την ταχύτητα ολίσθησης (ωsl). Αυτή, όπως φαίνεται στο
διάγραμμα, σχηματίζεται διαιρώντας το γινόμενο του ρεύματος ροπής και Lm/Tr με
την πεπλεγμένη ροή του δρομέα, λr, (σημείο 1). Η πεπλεγμένη ροή προκύπτει από το
ρεύμα πεδίου, το οποίο κρατάμε σταθερό στα 5.5 Α, μετά από κάποιες πράξεις
(εικόνα 3.4.14). Ολοκληρώνοντας την ταχύτητα ολίσθησης, προκύπτει η γωνία
ολίσθησης (σημείο 2), η οποία προστιθέμενη στην γωνία στροφής του δρομέα μας
δίνει την γωνία πεδίου θe. Στο σημείο 3, γίνεται ο μετασχηματισμός από abc σε dq0.
Ενώ στο σημείο 4 δημιουργούνται μέσω των PI ελεγκτών οι αντίστοιχες τάσεις στο
σύστημα dq0. Τέλος, σημείο 5, μετασχηματίζουμε τις τάσεις αυτές από το σύστημα
dq0 σε abc και τις στέλνουμε ως σήματα αναφοράς στις ελεγχόμενες τάσεις του
γενικού κυκλώματος (εικόνα 3.4.12). Πιο εκτενής ανάλυση για τον έμμεσο
διανυσματικό ‘ελεγχο στις επαγωγικές μηχανές, πραγματοποιείται στην πηγή [21].
Έχοντας ολοκληρώσει τη διαδικασία του ελέγχου στην ανεμογεννήτρια,
επιτυγχάνουμε να εκμεταλλευόμαστε σε ικανοποιητικό βαθμό το αιολικό δυναμικό
και να παράγουμε την μέγιστη δυνατή ισχύ για κάθε περίπτωση.
3.5 Φωτοβολταϊκό
3.5.1 Φωτοβολταϊκή Μετατροπή
Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία (κυψέλες), είναι η καρδιά κάθε φωτοβολταϊκού
συστήματος και είναι είναι υπεύθυνα για την μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας σε
ηλεκτρική ενέργεια. Αυτά είναι δίοδοι ημιαγωγών σε μορφή δίσκου, που καθώς
δέχονται στην επιφάνεια τους την ηλιακή ακτινοβολία εκδηλώνουν μία διαφορά
δυναμικού ανάμεσα στην εμπρός και στην πίσω όψη τους. Το φαινόμενο αυτό
ονομάζεται φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Σύμφωνα με αυτήν την θεωρία, μια ηλιακή
κυψέλη πυριτίου (φωτοστοιχείο), που αποτελείται πάντα από δύο διαφορετικές
στιβάδες ημιαγωγού, διαμορφώνει στην κοινή τους περιοχή μια στιβάδα φραγής P-N.
46
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Όταν οι ακτίνες φωτός πέσουν στην ηλιακή κυψέλη τότε χωρίζονται και
ελευθερώνονται -εξαιτίας των πριμοδοτήσεων ξένων ατόμων- ζευγάρια φορέων
φορτίου, δηλαδή όπως και ηλεκτρόνια με αποτέλεσμα να δημιουργηθεί μια συνεχής
τάση η οποία έχει πάντα μία σταθερή τιμή. Φυσικά για να συμβεί μια τέτοια
διάσπαση στο πυρίτιο τα προσπίπτοντα φωτόνια θα πρέπει να έχουν μεγαλύτερη
ενέργεια από την ενέργεια φραγμού του ομοιοπολικού δεσμού οπών-ηλεκτρονίων.
Φωτόνια με μικρότερη ενέργεια δεν παράγουν φορείς αγωγιμότητας που είναι και ο
βασικότερος λόγος που ο βαθμός απόδοσης μιας ηλιακής κυψέλης περιορίζεται σε
ποσοστό κάτω του 30%[19].
3.5.2 Ηλεκτρικά Χαρακτηριστικά Φωτοβολταϊκού Στοιχείου
Η συμπεριφορά αυτή των ηλιακών πλαισίων μπορεί να προσομοιωθεί
κυκλωματικά με το απλοποιημένο ισοδύναμο κύκλωμα της φωτοβολταϊκής κυψέλης
(Εικόνα 3.5.1)[20].
Εικόνα 3.5.1 Απλοποιημένο ισοδύναμο κύκλωμα ΦΒ κυψέλης.
Το απλοποιημένο ισοδύναμο περιλαμβάνει μια πηγή ρεύματος, η οποία παράγει
το φωτόρευμα Iph και την παράλληλη δίοδο D. Όταν οι ακροδέκτες της κυψέλης
είναι βραχυκυκλωμένοι, η τάση εξόδου V0 είναι μηδενική , ενώ το ρεύμα εξόδου I0
λαμβάνει τη μέγιστη τιμή.
I 0  I sc  I ph
(3.5.1)
Όταν οι ακροδέκτες της κυψέλης είναι ανοικτοκυκλωμένοι, το ρεύμα εξόδου
είναι μηδέν, ενώ η τάση εξόδου λαμβάνει τη μέγιστη τιμή.
Vo  Voc
(3.5.2)
Το φωτόρευμα ρέει μέσω της διόδου, επομένως ισχύει
I d  I ph
(3.5.3)
47
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Συνδέοντας ένα φορτίο στα άκρα της κυψέλης, το ρεύμα Iph κατανέμεται μεταξύ
της διόδου D και του φορτίου, ανάλογα με την ωμική αντίσταση RL του φορτίου. Η
σχέση μεταξύ του ρεύματος και της τάσης εξόδου προκύπτει από την δίοδο
 VVo

I o  I ph  I d  I ph  I s  e T  1




(3.5.4)
όπου,
VT  kT e
(3.5.5)
Is : το ανάστροφο ρεύμα κόρου της διόδου D
e : το στοιχειώδες ηλεκτρικό φορτίο
k: η σταθερά του Boltzmann
T : η θερμοκρασία λειτουργίας της κυψέλης σε βαθμούς Kelvin
Ένα ακριβέστερο ισοδύναμο κύκλωμα της φωτοβολταϊκής κυψέλης εικονίζεται
στην Εικόνα 3.5.2 και περιλαμβάνει μια αντίσταση σειράς RS και μια παράλληλη
αντίσταση Rp .
Εικόνα 3.5.2 Ακριβέστερο ισοδύναμο κύκλωμα ΦΒ κυψέλης.
Η σχέση μεταξύ του ρεύματος εξόδου και της τάσης είναι
 VVo
 V
I o  I ph  I d  I p  I ph  I s  e T  1  d

 Rp



R 
Vd  Vo  I o Rs  Vo 1  s 
 RL 
(3.5.6)
(3.5.7)
48
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Η μεταβολή του ρεύματος ως προς την τάση εξόδου μιας τυπικής φωτοβολταϊκής
κυψέλης, εικονίζεται στην Εικόνα 3.5.3, για κάποια τιμή της προσπίπτουσας
φωτεινής ακτινοβολίας. Στην χαρακτηριστική ρεύματος-τάσης διακρίνονται η τάση
ανοικτού κυκλώματος Voc και το ρεύμα βραχυκύκλωσης Isc.
Εικόνα 3.5.3 Χαρακτηριστική ρεύματος-τάσης / ισχύος-τάσης ΦΒ .
Η τάση ανοικτού κυκλώματος είναι η μέγιστη τάση εξόδου, με μηδενικό ρεύμα
εξόδου. Το ρεύμα βραχυκύκλωσης είναι το μέγιστο ρεύμα εξόδου, με μηδενική τάση.
Το ρεύμα βραχυκύκλωσης μεταβάλλεται προσεγγιστικά ανάλογα με την ένταση της
ακτινοβολίας, ενώ η τάση ανοικτού κυκλώματος ανάλογα με τον αλγόριθμο της
έντασης. Τέλος, για τις διάφορες τιμές της έντασης της ακτινοβολίας, αναμένουμε τα
αποτελέσματα της Εικόνας 3.5.4, όπου μεγαλύτερη ένταση δίνει, προφανώς,
μεγαλύτερο ρεύμα και τάση [20].
Εικόνα 3.5.4 Χαρακτηριστική ρεύματος-τάσης για μεταβλητή ακτινοβολία.
Αν και η λειτουργία της φωτοβολταϊκής μονάδας είναι δυνατή σε κάθε σημείο
της χαρακτηριστικής ρεύματος-τάσης, σ’ ένα σημείο η ισχύς εξόδου είναι μέγιστη
49
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Pmp. Το σημείο μέγιστης ισχύος (Maximum Power Point, MPP), όπως εικονίζεται
στην Εικόνα 3.5.3 βρίσκεται στο γόνατο της καμπύλης ρεύματος. Εκεί το ρεύμα
εξόδου είναι ίσο με Imp και η τάση εξόδου Vmp. Η τιμή της μέγιστης ισχύος εξαρτάται
από την τάση ανοικτού κυκλώματος, το ρεύμα βραχυκύκλωσης και το συντελεστή
πλήρωσης (fill factor), ο οποίος περιγράφει πόσο ορθογώνια είναι η καμπύλη
ρεύματος-τάσης. Το ρεύμα βραχυκύκλωσης αυξάνεται ελαφρά και γραμμικά με τη
θερμοκρασία, ενώ η τάση ανοικτού κυκλώματος μειώνεται σημαντικά με την
θερμοκρασία. Έτσι, η αύξηση της θερμοκρασίας προκαλεί μείωση της μέγιστης
ισχύος Pmp και του βαθμού απόδοσης[20].
FF 
Vmp I mp
Voc I sc
(3.5.8)
Οι φωτοβολταϊκές μονάδες συνδέονται μεταξύ τους σε σειρά για την αύξηση της
τάσης και παράλληλα για την αύξηση του ρεύματος, σχηματίζοντας μια
φωτοβολταϊκή διάταξη. Στις διατάξεις μικρής ισχύος, οι οποίες χρησιμοποιούνται σε
οικιακές εφαρμογές, οι φωτοβολταϊκές μονάδες συνδέονται συνήθως μόνο σε σειρά,
για την αύξηση της τάσης. Στις φωτοβολταϊκές διατάξεις μεγάλες ισχύος, οι μονάδες
συνδέονται σε σειρά για την αύξηση της τάσης και ταυτόχρονα παράλληλα για την
αύξηση του ολικού ρεύματος εξόδου. Όταν οι φωτοβολταϊκές μονάδες συνδέονται
παράλληλα, σε σειρά με κάθε κλάδο παρεμβάλλεται μια δίοδος, η οποία σε
περίπτωση βραχυκυκλώματος αποτρέπει την παροχή ρεύματος στον κλάδο αυτό. Οι
δίοδοι αυτοί ονομάζονται bypass diodes και επιτρέπουν το ρεύμα να συνεχίζει να
τρέχει ακόμα και αν κάποιες κυψέλες είναι αποσυνδεδεμένες με αποτέλεσμα η Φ/Β
εγκατάσταση να είναι πάντα έτοιμη για λειτουργία [19].
3.5.3 Μοντελοποίηση και Σχεδίαση Φωτοβολταϊκής Μονάδας
3.5.3.α Φωτοβολταϊκή Γεννήτρια
Για την προσομοίωση της φωτοβολταϊκης διάταξης έγινε χρήση του
ακριβέστερου ισοδύναμου κυκλώματος της ηλιακής κυψέλης, όπως αυτό
περιγράφηκε παραπάνω. Στην παρακάτω Εικόνα 3.5.5 φαίνονται οι εξισώσεις που
περιγράφουν το μοντέλο και δίνουν το ρεύμα IPV και την τάση VPVcell εξόδου της
κυψέλης (KCL και KVL εξισώσεις αντίστοιχα), καθώς και η χαρακτηριστική της
διόδου με Io το ανάστροφο ρεύμα κόρου.
50
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 3.5.5 Χαρακτηριστικές εξισώσεις ΦΒ μοντέλου.
Το block διάγραμμα στο προγραμματιστικό περιβάλλον του Matlab/ Simulink
παρουσιάζεται στην Εικόνα 3.5.6 σε μορφή masked subsystem block.
Εικόνα 3.5.6 Block μοντέλου ρεύματος.
Το παραπάνω block αποτελεί ένα μοντέλο ρεύματος, που δέχεται σαν είσοδο το
Ipv και την ηλιακή ακτινοβολία Insolation, δίνοντας ως έξοδο την τάση εξόδου Vpv, το
ρεύμα Ipv και την ισχύ της μονάδας Ppv. Αυτό το μοντέλο είναι ιδανικό για την σε
σειρά συνδεσμολογία των μονάδων, όταν διαρρέονται από το ίδιο ρεύμα για να
παράγουν τάση υψηλότερου επιπέδου. Αντίστοιχα μπορεί να κατασκευαστεί το
μοντέλο τάσης με εισόδους Vpv και Insolation και εξόδους Ipv και Ppv . Το
συγκεκριμένο μοντέλο είναι ιδανικό για την εν παραλλήλω συνδεσμολογία των
φωτοβολταϊκών, υπό την ίδια τάση, για να ανυψώσουν το ρεύμα και την ισχύ. Ένας
συνδυασμός και των δύο μοντέλων μπορεί να δώσει πολύ υψηλά επίπεδα τάσης,
ρεύματος και ισχύος, ανάλογα πως θέλουμε να τον χρησιμοποιήσουμε.
Το παραπάνω υποσύστημα παρέχει τη δυνατότητα εισαγωγής των
χαρακτηριστικών παραμέτρων στο μοντέλο που μπορούν να καθορίζονται ανάλογα
με τις ανάγκες του πειράματος. Παράλληλα είναι στατικό μοντέλο, δηλαδή δεν έχει
εξάρτηση από την θερμοκρασία. Στην εικόνα 3.5.7 δίνεται η μάσκα του
51
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
υποσυστήματος με
χρησιμοποιήθηκαν.
τις
τιμές
των
χαρακτηριστικών
παραμέτρων
που
Εικόνα 3.5.7 Δεδομένα Φ/Β στο simulink.
Η διαστασιολόγηση του Φ/Β έγινε έτσι ώστε η γεννήτρια να μπορεί να παράγει
έως και 7.5kW σε ιδανικές συνθήκες και με τη χρήση MPPT, εκμεταλλευόμενη
δηλαδή κάθε χρονική στιγμή τις συνθήκες ηλιοφάνειας που επικρατούν παράγοντας
την μέγιστη δυνατή ισχύ.
Παρατηρούμε ότι το διάγραμμα αυτό δίνει την δυνατότητα επιλογής και διόδου
bypass με την λειτουργία που έχει αναφερθεί στην προηγούμενη ενότητα.
Πριν προχωρήσουμε στην περιγραφή του αναλυτικού μοντέλου της
φωτοβολταϊκής κυψέλης αξίζει να περιγραφούν και τα υπόλοιπα χαρακτηριστικά του
masked subsystem. Όπως έχει αναφερθεί κατά τον ορισμό του αναλυτικού μοντέλου
μιας φωτοβολταϊκης κυψέλης αυτή περιλαμβάνει μια αντίσταση σειράς Rs και μια
παράλληλη αντίσταση Rp. Αυτές εξαρτώνται γενικά από το ρεύμα ανοικτού
κυκλώματος , την τάση βραχυκυκλώματος καθώς και από τις τιμές ρεύματος και
τάσης στις οποίες λειτουργεί το φωτοβολταϊκό. Αυτές οι πληροφορίες εισάγονται στο
μενού mask editor του masked subsystem σε μορφή κώδικα και φαίνονται στην
Εικόνα 3.5.8.
52
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 3.5.8 Παραμετρικές εξισώσεις Φ/Β block.
Στην παραπάνω εικόνα μπορούμε να διακρίνουμε ότι οι αντιστάσεις εν
παραλλήλω και εν σειρά του ισοδύναμου κυκλώματος δεν είναι σταθερές αλλά
μεταβάλλονται με τις συνθήκες ηλιακής ακτινοβολίας. Ένα ακόμα χαρακτηριστικό
μέγεθος που πρέπει να παρατηρήσουμε είναι το G, δηλαδή το κέρδος μετατροπής της
ηλιακής ακτινοβολίας σε φωτόρευμα Isc, αλλά και ο αριθμός Ns, δηλαδή τα
φωτοβολταϊκά κύτταρα που πρέπει να συνδεθούν εν σειρά για τον σχηματισμό μιας
κυψέλης που θα παράγει μέγιστη τάση Voc ρυθμιζόμενη από εμάς, δεδομένου ότι ένα
κύτταρο παράγει 0.61V.
Στην Εικόνα 3.5.9 παρουσιάζεται το αναλυτικό μοντέλο της φωτοβολταϊκής
κυψέλης, όπου μπορεί να γίνει κατανοητός ο τρόπος με τον οποίο σχεδιάστηκε
χρησιμοποιώντας τις βασικές εξισώσεις που προαναφέρθηκαν. Σε μια πιο προσεκτική
ανάλυση των εφτά σημείων που αναγράφονται στην εικόνα 3.5.9 μπορούμε να
εντοπίσουμε τις εξισώσεις που προσδιορίζουν την κυψέλη. Πιο αναλυτικά:

Στο σημείο 1 δημιουργείται η εξίσωση ρεύματος βραχυκύκλωσης
I sc  I d 

Vd
 I pv  0
Rp
3.5.9
Η οποία όταν λυθεί με άγνωστο το Vd στο Algebraic constraint block δίνει τη
λύση του Vd.
Στο σημείο 2 καταστρώνεται η χαρακτηριστική εξίσωση της διόδου D,
δηλαδή
53
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
 VVd

I d  I o  e T  1




3.5.10
Από όπου λαμβάνεται το Id. Προσθέτοντας αμέσως μετά τον όρο Vd Rp
καταλήγουμε στην εξίσωση στο σημείο 1. Αυτή η κλειστή λούπα
επαναλαμβάνεται συνεχώς για όλες τις μεταβολές ηλιακής ακτινοβολίας και
Ipv δίνοντας καινούρια αποτελέσματα.

Στο σημείο 3 δημιουργείται η χαρακτηριστική εξίσωση του φωτοβολταϊκού
κυττάρου ανοικτού κυκλώματος, δηλαδή η
VPVcell  Vd  Rs I PV

Αμέσως μετά, στο σημείο 4 γίνεται πολλαπλασιασμός με τον αριθμό των εν
σειρά φωτοβολταϊκών κυττάρων NS και δημιουργείται η τελική τάση που θα
παράγει η φωτοβολταϊκή κυψέλη, δηλαδή
VPV  VPVcell NS

3.5.12
Στο σημείο 5, σχηματίζεται ο βρόχος που εισάγει την bypass diode στο
κύκλωμα. Με το saturation block ορίζεται ότι το ρεύμα που θα την διαρρέει
δεν μπορεί να είναι αρνητικό, ενώ στο σημείο 6 εισάγεται η χαρακτηριστική
εξίσωση της διόδου bypass
I

VdBypass  Vt ln  bypass  1
 I0


3.5.11
3.5.13
Tέλος, στο σημείο 7 χρησιμοποιείται ένας διακόπτης που προσδιορίζει αν
υπάρχει ή όχι bypass diode όπως καθορίζεται από την επιλογή στην Εικόνα
3.5.7.
54
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 3.5.9 Αναλυτικό μοντέλο ρεύματος
.
3.5.3.β MPPT
Για την βελτιστοποίηση της λειτουργίας του φωτοβολταικού σχεδιάστηκε η
λειτουργία της μονάδας σε συνδυασμό με έναν MPPT (maximum power point
tracker). Καθώς η ισχύς που παράγει το φωτοβολταϊκό δεν είναι γραμμική αλλά
εξαρτάται από πολλούς παράγοντες όπως η θερμοκρασία και η ηλιακή ακτινοβολία η
εγκατάσταση τεχνικής MPPT κρίνεται αναγκαία για την λειτουργία στην μέγιστη
ισχύ. Το κύκλωμα του MPPT για την φωτοβολταϊκη γεννήτρια απεικονίζεται στην
εικόνα 3.5.10.
Εικόνα 3.5.10 Κυκλωματικό διάγραμμα του MPPT.
Στο παραπάνω κύκλωμα πραγματοποιούνται οι συγκρίσεις ισχύος από τις οποίες
παράγεται η τάση αναφοράς V*. Με μια σύντομη περιγραφή της διαδικασίας, αρχικά
55
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
οι διαδοχικές τιμές της ισχύος συγκρίνονται, στη συνέχεια το αποτέλεσμα της
σύγκρισης περνάει από ένα σταθερό κέρδος και ακριβώς μετά εισέρχεται σε έναν
περιοριστή βήματος. Ακολούθως, αν η τάση πρέπει να αυξηθεί ή να μειωθεί, το
κέρδος παίρνει το αντίστοιχο πρόσημο. Το τελικό βήμα οδηγείται στην έξοδο, όπου
προστίθεται ή αφαιρείται αναδρομικά στην προηγούμενη τιμή της τάσης αναφοράς.
Το κέρδος ενίσχυσης της διαφοράς των δύο συγκρινόμενων τιμών της ισχύος
ρυθμίστηκε με τη μέθοδο «προσπάθεια και λάθους». Το κέρδος αυτό πρέπει να
επιτρέπει στη διάταξη να έχει μεγάλη αύξηση της τάσης αναφοράς για μεγάλες
διαφορές της ισχύος, η οποία για πολύ μεγάλα βήματα περιορίζεται από τον
περιοριστή. Στη συνέχεια, όσο η ισχύς πλησιάζει την επιθυμητή, η διαφορά αυτή
μειώνεται και έτσι μειώνεται και το βήμα αύξησης της τάσης αναφοράς, με
αποτέλεσμα να πλησιάζουμε ομαλά την τιμή της επιθυμητής τιμής για την οποία η
ισχύς γίνεται μέγιστη.
Παράδειγμα της αναζήτησης του μέγιστου σημείου λειτουργίας φαίνεται στο πιο
κάτω διάγραμμα. Ο ελεγκτής δέχεται ως εισόδους τις δύο τιμές της ισχύος (1 και
2)και τις αφαιρεί μεταξύ τους (Ρ1-Ρ2 ). Αν η διαφορά είναι θετική η ταχύτητα αυξάνει
και η αναζήτηση θα προχωρήσει στα επόμενα δύο σημεία. Αν όμως η διαφορά αυτή
προκύψει αρνητική (πχ Ρ3-Ρ4) τότε η ταχύτητα θα αρχίσει να μειώνεται μέχρι η
διαφορά να γίνει ξανά θετική. Έτσι η ταχύτητα περιστροφής δεν θα παραμένει
σταθερή και ίση με την ταχύτητα στην οποία αντιστοιχεί η μέγιστη ισχύς, αλλά θα
ταλαντεύεται γύρω από αυτή. Όσο τα δύο συγκρινόμενα σημεία πλησιάζουν το
μέγιστο της καμπύλης, η μεταξύ τους διαφορά θα μειώνεται και έτσι θα μειώνεται και
η ταλάντωση γύρω από την ιδανική τιμή.
Εικόνα 3.5.11 Διάγραμμα αναζήτησης μέγιστου σημείου λειτουργίας.
Το συνολικό κύκλωμα της μονάδας του φωτοβολταϊκού παρουσιάζεται στην
Εικόνα 3.5.12.
56
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 3.5.12 Κυκλωματικό διάγραμμα Φ/Β μονάδας.
Στο παραπάνω κυκλωματικό διάγραμμα (εικόνα 3.5.11) φαίνεται το σύστημα του
Φ/Β όπως σχεδιάστηκε στο πρόγραμμα του matlab. Έχοντας παρουσιάσει τον τρόπο
λειτουργίας της Φ/Β κυψέλης και του MPPT, μπορούμε να δούμε οτι η τάση
αναφοράς που προκύπτει από τον ΜPPT οδηγείται στην μία από τις δύο ελεγχόμενες
πηγές τάσης ενώ η δεύτερη παίρνει ως σήμα την τάση εξόδου του Φ/Β. Βάζοντας
έναν μετρητή έντασης στον κλειστό αυτό βρόχο και ανάλογα με τη διαφορά
δυναμικού ανάμεσα στις δύο πηγές, οδηγούμε το ρεύμα στην είσοδο του Φ/Β, έτσι
ώστε να παράγει την μέγιστη δυνατή ισχύ σε αναλογία με την ακτινοβολία εισόδου.
3.6 Μπαταρία
3.6.1 Γενικά για την μπαταρία και τους συσσωρευτές
3.6.1.α Δομή συσσωρευτών
Ένας συσσωρευτής αποτελείται από ένα ή περισσότερα στοιχεία συνδεδεμένα σε
σειρά ή/και παράλληλα και ο τρόπος σύνδεσής τους εξαρτάται από την επιθυμητή
τάση εξόδου και τη χωρητικότητα της συστοιχίας. Το στοιχείο αποτελείται από τρία
βασικά συστατικά[26]:


Την άνοδο, η οποία δίνει ηλεκτρόνια στο εξωτερικό κύκλωμα και
οξειδώνεται κατά τη διάρκεια της ηλεκτροχημικής αντίδρασης.
Την κάθοδο, η οποία δέχεται τα ηλεκτρόνια από το εξωτερικό κύκλωμα και
ανάγεται κατά τη διάρκεια της ηλεκτροχημικής αντίδρασης.
57
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ

Τον ηλεκτρολύτη (ιονικός αγωγός) ο οποίος αποτελεί το μέσο για τη
μεταφορά των ηλεκτρονίων στο εσωτερικό του στοιχείου μεταξύ της ανόδου
και της καθόδου.
Η δομή ενός συσσωρευτή παρουσιάζεται στην Εικόνα 3.6.1. Αξίζει να αναφέρουμε
ότι στην συνέχεια της ενότητας αυτής οι έννοιες του συσσωρευτή και της μπαταρίας
ταυτίζονται, οπότε φέρουν την ίδια σημασία και ερμηνεία στο κείμενο.
Εικόνα 3.6.1 Η δομή ενός συσσωρευτή.
3.6.1.β Αρχή λειτουργίας συσσωρευτών
Ο μηχανισμός της λειτουργίας των συσσωρευτών στηρίζεται σε μία αντιστρεπτή
ηλεκτροχημική διαδικασία, η οποία για τους συσσωρευτές μολύβδου περιγράφεται
από την αντίδραση:
3.6.1
Η κατεύθυνση προς τα δεξιά αντιστοιχεί στη διαδικασία της φόρτισης, ενώ η
αντίθετη στη εκφόρτιση του συσσωρευτή.
3.6.2 Αναγκαιότητα μπαταρίας στο αυτόνομο σύστημα
Για τη συνεχή λειτουργία του αυτόνομου συστήματος είναι απαραίτητη η χρήση
μπαταρίας με δυνατότητα συσσώρευσης μέρους της παραγόμενης ηλεκτρικής
ενέργειας, και παροχή αυτής πίσω στο κύκλωμα, όταν το σύστημα αδυνατεί να
παράγει την απαραίτητη ενέργεια για κάλυψη του φορτίου.
Κύριος σκοπός μιας μπαταρίας είναι λοιπόν η συσσώρευση της ηλεκτρικής
ενέργειας (χωρητικότητα) με παράλληλη δυνατότητα συνεχούς απόδοσής της. Ο
σκοπός αυτός εκπληρώνεται σε μια κατάλληλη και σωστή μπαταρία όταν έχει τις
εξής ιδιότητες[25]:
58
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ

Ικανοποιητικά υψηλή δεκτικότητα φόρτισης
Χαρακτηρίζεται από την όσο δυνατό υψηλή ένταση ρεύματος φόρτισης σε
δεδομένη τάση φόρτισης με αποφυγή πτώση τάσης στο εσωτερικό της.

Μεγάλη αντοχή σε κύκλους φόρτισης- εκφόρτισης
Σημαίνει οτι θέλουμε η μπαταρία να είναι σε θέση να πετύχει μεγάλο αριθμό
φορτίσεων/ εκφορτίσεων. Ο αριθμός των κύκλων εξαρτάται κατά κύριο λόγο από το
βάθος εκφόρτισης. Δηλαδή όσο πιο μικρό το βάθος εκφόρτισης, τόσο μεγαλύτερος
είναι ο κύκλος ζωής της μπαταρίας.

Δυνατότητα επαρκούς επαναφόρτισης
Είναι δεδομένη, όταν παρατηρείται για γρήγορη επαναφόρτιση μέχρι την
ονομαστική της χωρητικότητα, με αμελητέες απώλειες στη συσσωρευμένη
χωρητικότητα.

Απλή και αξιόπιστη λειτουργία
Είναι επιθυμητή, δηλαδή διατήρηση της μπαταρίας καθαρή, σε ενδεχόμενη
συμπλήρωση υγρών (μία με δύο φορές το χρόνο), αποφυγή υπερχείλιση υγρών και
τυχόν βραχυκυκλωμάτων των πόλων.
3.6.3 Ηλεκτρικά χαρακτηριστικά μπαταρίας
Τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά που προσδιορίζουν τη δυνατότητα μιας μπαταρίας
(ενός συσσωρευτή) είναι η ονομαστική τάση στους πόλους της, που εκφράζεται με
την έννοια της Ηλεκτρεργετικής Δύναμης (ΗΕΔ) και η ονομαστική χωρητικότητα
της, C.
Η ΗΕΔ μετριέται σε Volt και ισούται με την πολική τάση της μπαταρίας, όταν
δεν είναι συνδεδεμένη σε καταναλωτή. Η χωρητικότητα. C, μιας μπαταρίας αφορά
στο ηλεκτρικό φορτίο που μπορεί να αποθηκευτεί στο εσωτερικό της, με τη μορφή
χημικής ενέργειας, ή να αποδοθεί από αυτήν κάτω από ορισμένες συνθήκες,
καθοριζόμενες κυρίως, από τη θερμοκρασία και εκφράζεται σε Ah (Αμπερώριο).
Λειτουργικοί παράγοντες που επηρεάζουν τη χωρητικότητα είναι ο ρυθμός
εκφόρτισης, το βάθος της εκφόρτισης (ποσοστό της συνολικής χωρητικότητας που
αποδόθηκε από τη μπαταρία), η τάση της μπαταρίας στο τέλος της εκφόρτισης (τάση
αποκοπής), η θερμοκρασία, η ηλικία της μπαταρίας και το ιστορικό της χρήσης της
(κακή χρήση κτλ).
Η συνήθης μονάδα έκφρασης της χωρητικότητας του συσσωρευτή είναι το
Amberhour (Ah) όπως αναφέρθηκε παραπάνω και ο ρυθμός εκφόρτισης εκφράζεται
ως το κλάσμα της χωρητικότητας C προς τη διάρκεια της περιόδου εκφόρτισης σε
ώρες (π.χ. εκφόρτιση σε 120 ώρες ισοδυναμεί με ρυθμό εκφόρτισης C /120).
59
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Μέτρο της χωρητικότητας του συσσωρευτή είναι η κατάσταση φόρτισης (state of
charge ή SOC ), που ορίζεται σαν το ποσό της αποθηκευμένης ενέργειας και
εκφράζεται ως το ποσοστό της ενέργειας ενός πλήρως φορτισμένου συσσωρευτή.
Έτσι, π.χ. ένας συσσωρευτής του οποίου τα 3/4 της ενέργειας του έχουν αφαιρεθεί,
δηλαδή έχει εκφορτιστεί κατά 75%, λέγεται ότι βρίσκεται στο 25% SOC .
Οι συσσωρευτές δεν πρέπει να υφίστανται παρατεταμένη φόρτιση σε πολύ
υψηλή τάση γι’ αυτούς (Overcharging), ούτε να εκφορτίζονται κάτω από ένα όριο
(Οverdischarging). Ο κανόνας αυτός είναι πολύ σημαντικός και καθορίζει το χρόνο
ζωής τους. Ο χρόνος ζωής των συσσωρευτών εκφράζεται σε κύκλους λειτουργίας,
καθένας από τους οποίους περιλαμβάνει τις διαδικασίες εκφόρτισης και φόρτισής
του. Τέλος η χωρητικότητα, C του συσσωρευτή δεν παραμένει σταθερή. Μειώνεται
όσο αυξάνουν οι κύκλοι λειτουργίας. Με τον όρο, κύκλο λειτουργίας αναφερόμαστε
σε μια πλήρη φόρτιση μαζί με την επόμενη επαναφόρτιση.
3.6.4 Επιλογή και σχεδιασμός μπαταρίας
3.6.4.α Μπαταρίες Μολύβδου- Οξέος και Νικελίου-Καδμίου
Η μπαταρία που επιλέχτηκε για την συγκρότηση της εγκατάστασης είναι τύπου
μολύβδου οξέως(Pb-H2SO4). Οι συσσωρευτές αυτού του τύπου είναι οι πιο
διαδεδομένοι και μαζί με τους συσσωρευτές νικελίου-καδμίου (Ni-Cd) αποτελούν τη
λύση για τέτοιου είδους συστήματα. Συγκεκριμένα οι ιδιαιτερότητες των συνθηκών
που επικρατούν στα αυτόνομα συστήματα, καθιστούν μη ενδεδειγμένη τη χρήση των
αλκαλικών συσσωρευτών Ni-Cd. Κάποιοι από τους λόγους αυτούς είναι[25]:




Απαιτούν 20-30% περισσότερη ενέργεια επαναφόρτισης από τους
ισοδύναμους συσσωρευτές μολύβδου- οξέος.
Απαιτούν να ην υπάρχει διακοπή κατά τη φόρτιση, διότι οι μπαταρίες Ni-Cd
παρουσιάζουν το φαινόμενο της «μνήμης» έτσι αν διακοπή η φόρτιση πριν
την ολοκλήρωσή της τότε δεν μπορούμε μετέπειτα να συνεχίσουμε την
φόρτιση και να αποκτήσει την αρχική της χωρητικότητα.
Έχουν μικρότερη τάση ανά στοιχείο(1.3V) σε σχέση με τα στοιχεία μολύβδου
οξέος (2.25V) και έτσι απαιτούν περισσότερα στοιχεία ανά μπαταρία.
Έχουν υψηλότερη τιμή αγοράς από τις μπαταρίες μολύβδου οξέος (περίπου
τριπλάσια τιμή).
Όσον αφορά τους συσσωρευτές της επιλογής μας. Η βασικότερη αιτία της τόσο
ευρείας διάδοσης των μπαταριών μολύβδου οξέος είναι το μικρό κόστος τους
συγκριτικά με άλλες τεχνολογίες μπαταριών ($200 – 400 ανά kWh), σε συνδυασμό
με την εμπορική διαθεσιμότητα, αλλά και η πολυετής συσσωρευμένη λειτουργική
εμπειρία. Επιπρόσθετα, οι μπαταρίες αυτές χαρακτηρίζονται από υψηλούς βαθμούς
απόδοσης (roundtrip efficiency) της τάξης του 70 - 90%, καθώς και από υψηλή
60
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
αξιοπιστία [27]. Η εμπειρία έχει δείξει ότι ο ρυθμός αστοχίας των μπαταριών
μολύβδου οξέος είναι μικρότερος από 0,25% [28]. Επίσης, πολύ σημαντικά
πλεονεκτήματα της τεχνολογίας αυτής είναι οι μικροί ρυθμοί αυτοεκφόρτισης που
παρουσιάζει και η εξαιρετική συμπεριφορά στην παροχή βηματικής τάσης. Για τον
τελευταίο λόγο οι μπαταρίες αυτές μπορούν να παρακολουθήσουν αποτελεσματικά
τις γρήγορες αλλαγές του φορτίου, ιδιότητα που τις καθιστά κατάλληλες για
εφαρμογές ποιότητας ισχύος, UPS, διατήρησης στρεφόμενης εφεδρείας και για power
bridging σε υβριδικά συστήματα που χρησιμοποιούν ΑΠΕ.
Από την άλλη μεριά, οι εφαρμογές τους για διαχείριση ενέργειας μεγάλης
κλίμακας είναι πολύ περιορισμένες εξαιτίας της μικρής διάρκειας ζωής τους και της
χαμηλής ειδικής ενέργειας, που εν γένει κυμαίνεται μεταξύ 25 και 50 Wh/kg.
Επιπρόσθετα αρνητικά χαρακτηριστικά αποτελούν η μειωμένη απόδοση σε πολύ
χαμηλές και πολύ υψηλές θερμοκρασίες (σύνηθες θερμοκρασιακό εύρος -20ο C έως
50ο C ), η χρήση μη φιλικών προς το περιβάλλον υλικών, η ανάγκη για συχνή
αναπλήρωση νερού και το συνιστάμενο μικρό βάθος εκφόρτισης.
3.6.4.β Σχεδίαση κυκλώματος μπαταρίας
Η μονάδα της μπαταρίας έτσι όπως σχεδιάστηκε και μοντελοποιήθηκε στο Simulink
παρουσιάζεται στην Εικόνα 3.6.2 και τα στοιχεία με τα οποία συμπληρώθηκε το
block της μπαταρίας στην Εικόνα 3.6.3.
Εικόνα 3.6.2 Κυκλωματικό διάγραμμα μπαταρίας.
Στο σημείο αυτό θα κάνουμε μια σύντομη περιγραφή του κυκλώματος της
μπαταρίας έτσι όπως φαίνεται στο διάγραμμα της εικόνας 3.6.2. Στην εικόνα αυτή
έγινε προσπάθεια απομόνωσης του συστήματος της μπαταρίας με αποκοπή από το
υπόλοιπο κύκλωμα. Έτσι η βασική λογική είναι η μεταφορά ισχύος (ανάλογα με την
περίπτωση) ανάμεσα στις δύο πηγές τάσεις. Την μπαταρία λοιπόν μπορούμε να την
61
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
χαρακτηρίσουμε σαν μια πηγή τάσης, ενώ ανάμεσα σε αυτή και την ελεγχόμενη πηγή
τάσης μεσολαβεί μία σύνθετη αντίδραση. Το σήμα αναφοράς της ελεγχόμενης πηγής
προέρχεται από το σύστημα ελέγχου των PI ελεγκτών, οι οποίοι είναι υπεύθυνοι για
τη σταθεροποίηση της τάσης στο dc bus (ζυγός της dc πλευράς). Ανάλογα λοιπόν με
τις διακυμάνσεις της τάσης στον dc bus, η μπαταρία φορτίζεται ή εκφορτίζεται.
Περαιτέρω ανάλυση θα πραγματοποιηθεί στην συνέχεια της εργασίας, όταν θα
παρουσιαστεί το κύκλωμα σε ευρύτερη κλίμακα και σε πιο ολοκληρωμένη μορφή.
Τέλος στο διάγραμμα μπορούμε να διακρίνουμε τον διακόπτη της μπαταρίας, ο
οποίος είναι υπεύθυνος για τη σύνδεση ή την αποσύνδεσή της όταν αυτό κρίνεται
απαραίτητο από τον έλεγχο του κυκλώματος.
Εικόνα 3.6.3 Δεδομένα μπαταρίας στο Simulink.
Όπως φαίνεται στο block με τις παράμετρους της μπαταρίας , η ονομαστική της
τάση είναι στα 400V, η χωρητικότητά της στα 50 Αh (Αμπερώρια) ενώ το αρχικό
SOC με το οποίο είναι φορτισμένη η μπαταρία είναι 85%. Να επισημάνουμε οτι η
παράμετρος του SOC είναι μια τιμή με την οποία πειραματιζόμαστε εξετάζοντας τα
πιθανά σενάρια λειτουργίας του αυτόνομου μικροδικτύου. Επομένως η τιμή 85 στον
παραπάνω πίνακα είναι συγκυριακή και συνεχώς αλλάζει στην προσπάθειά μας να
προσομοιώσουμε και να καλύψουμε όλες τις πιθανές περιπτώσεις. Για τα υπόλοιπα
δεδομένα χρησιμοποιήσαμε την επιλογή του block για χρήση των παραμέτρων
βασιζόμενη στον τύπο της μπαταρίας και της ονομαστικές της τιμές. Σύμφωνα με τη
62
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
διαστασιολόγηση της μπαταρίας, αυτή μπορεί να προσφέρει 400*50=20000Wh,
δηλαδή 20kW την ώρα, ή 2kW για 10 ώρες.
3.7 Ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος
3.7.1 Τεχνολογία εμβολοφόρων μηχανών
Οι εμβολοφόρες ΜΕΚ, γνωστές και σαν ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη, αποτελούν την
πιο διαδεδομένη τεχνολογία διανεμημένης παραγωγής. Πρόκειται για μια
παραδοσιακή και δοκιμασμένη τεχνολογία που συνδυάζει χαμηλό κόστος προμήθειας
ανά εγκατεστημένο kW, μεγάλη διαθεσιμότητα σε μεγέθη, δυνατότητα γρήγορης
εκκίνησης, υψηλούς συντελεστές απόδοσης και υψηλή λειτουργική αξιοπιστία. Τα
παραπάνω χαρακτηριστικά σε συνδυασμό με την ικανότητα των συστημάτων αυτών
να εκκινούν χωρίς ηλεκτρική τροφοδότηση από το δίκτυο, το καθιστούν πρωταρχική
επιλογή σε εφαρμογές εφεδρικής ισχύος (emergency stand-by-power). Επιπλέον
αποτελούν σήμερα την πιο διαδεδομένη μορφή συστημάτων ηλεκτροπαραγωγής για
ισχείς μικρότερες από 1 MW. Οι κινητήριες μηχανές λειτουργούν με αέρια ή υγρά
καύσιμα. Οι μηχανές υγρών καυσίμων χρησιμοποιούν συνήθως πετρέλαιο αν και
υπάρχουν συστήματα βενζίνης ή βαρέων κλασμάτων πετρελαίου (τα βαρύτερα
χρησιμοποιούνται για τους μεγαλύτερους κινητήρες) και βιοκαυσίμων.
Η ταξινόμηση των μηχανών ντίζελ μπορεί να γίνει ανάλογα με το μέγιστο αριθμό
στροφών που αναπτύσσονται ανά λεπτό, διακρίνονται σε αργόστροφες, μέχρι 350
σ.α.λ, σε μεσαίων στροφών, μέχρι 1200 σ.α.λ και σε πολύστροφες που φτάνουν τις
5000 σ.α.λ. Ανάλογα με την ισχύ που αποδίδουν στις κανονικές στροφές λειτουργίας
τους τις διακρίνουμε σε μηχανές μικρής ισχύος (μέχρι 25 ίππους ανά κύλινδρο), σε
μηχανές μέσης ισχύος (από 25-200 ίππους ανά κύλινδρο) και σε μηχανές υψηλής
ισχύος 9 πάνω από 200 ίππους ανά κύλινδρο. Επιπλέον ανάλογα με τον αριθμό των
κυλίνδρων διακρίνονται σε μηχανές μονοκύλινδρες μέχρι και 24κύλινδρες. Ακόμη
ανάλογα με τον αριθμό των χρόνων του κύκλου λειτουργίας τους χωρίζονται σε
τετράχρονες και δίχρονες.
Αξίζει να σημειωθεί οτί μια γεννήτρια ντίζελ, αν και έχει μικρό κόστος αγοράς,
έχει γενικά υψηλό κόστος λειτουργίας και συντήρησης, ενώ είναι επιβαρυντική για το
περιβάλλον λόγω των αερίων που παράγονται από την καύση του πετρελαίου.
Στην εικόνα 3.7.1 απεικονίζεται μια ντιζελογεννήτρια και επισημαίνονται τα
βασικά μέρη που την αποτελούν.
63
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 3.7.1 Η/Ζ και τα επιμέρους συστήματα.
3.7.2 Σχεδίαση κυκλώματος Ηλεκτροπαραγωγού Ζεύγους
Η γεννήτρια του ηλεκτροπαραγωγού ζεύγους προσομοιώθηκε στο matlab με μία
σύγχρονη μηχανή όπως φαίνεται στην εικόνα 3.7.2. Αυτή δέχεται ως εισόδους τα
σήματα της μηχανικής ισχύος (Pm σε W) και της εσωτερικής τάσης (Ε σε V),
προερχόμενα απο τους ελεγκτές PI. Η γεννήτρια μέσω των σημάτων αυτών είναι
υπεύθυνη για την διατήρηση της συχνότητας και της τάσης αντίστοιχα, στο ζυγό της
εναλασσόμενης τάσης.
Εικόνα 3.7.2 Σχεδίαση γεννήτρια;ς Η.Ζ στο Simulink.
64
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Παρακάτω, στην εικόνα 3.7.3, παρουσιάζουμε τα δεδομένα της σύγχρονης
μηχανής.
Εικόνα 3.7.2 Δεδομένα γεννήτρια;ς Η.Ζ. στο Simulink.
Η διαστασιολόγηση της γεννήτριας έγινε στα 10 kVA φαινόμενης ισχύος. Στα
400V και σε συχνότητα 50Hz.
3.8 Φορτίο εναπόθεσης περίσσειας ενέργειας (dump load)
Η πλεονάζουσα ενέργεια από τις πηγές του συστήματος (Α/Γ, Φ/Β) οδηγείται σε
ένα εγκατεστημένο παθητικό φορτίο. Υπάρχει λοιπόν η δυνατότητα μέσω της
παθητικής αντίστασης του φορτίου να θερμανθεί π.χ. μεγάλη ποσότητα αέρα ή νερού,
με σκοπό την εκμετάλλευσή τους προς κάποια ωφέλιμη χρήση. Αυτό μπορεί να γίνει
σε περίπτωση που η μπαταρία είναι γεμάτη και οι ΑΠΕ συνεχίζουν να παράγουν ισχύ
ή σε περίπτωση κάποιου μεταβατικού με έκχυση στιγμιαίας ισχύος μεγαλύτερη από
την ισχύ φόρτισης της μπαταρίας. Και στις δύο περιπτώσεις το dump load λειτουργεί
σαν ισορροπιστής της τάσης στον dc ζυγό, αφού δεν της επιτρέπει να αυξηθεί και την
κρατάει σε φυσιολογικά επίπεδα λειτουργίας όσο διαρκούν τα παραπάνω φαινόμενα.
Ο σχεδιασμός και η υλοποίηση του φορτίου περίσσειας ενέργειας φαίνεται στην
εικόνα 3.8.1
65
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 3.8.1 Dump load όπως σχεδιάστηκε στο Simulink.
Όπως φαίνεται στο παραπάνω διάγραμμα το dump load τοποθετείται παράλληλα στο
dc bus, ενώ το σήμα στον διακόπτη του κυκλώματος δίνεται μέσω ενός ρελαί. Το
ρελαί δέχεται το σήμα της τάσης του dc bus και είναι ρυθμισμένο έτσι ώστε να
κρατάει την τάση ανάμεσα στο επίπεδο των 620 και 750V, όταν υπάρχει
πλεονάζουσα ισχύ που τείνει να αυξήσει την τάση στο ζυγό . Ενεργοποιείται (switch
on) μόλις η τάση ξεπεράσει τα 750V και απενεργοποιείται(switch off) μόλις η τάση
πέσει κάτω από το επίπεδο των 620V.
3.9 Υπόλοιπα τμήματα του κυκλώματος της εργασίας
Αρχικά στην ενότητα αυτή θα παραθέσουμε τις βασικές λειτουργίες κάποιων
τεχνικών και διατάξεων ελέγχου τις οποίες χρησιμοποιήσαμε στη δόμηση του
συστήματός μας. Στην συνέχεια γίνεται παρουσίαση των κυκλωμάτων ελέγχου,
αντιστροφέων και μετατροπέων του συστήματος, των ζυγών τάσης στην dc και ac
πλευρά και των φορτίων, όπως αυτά σχεδιάστηκαν στο Simulink. Στην ενότητα αυτή
γίνεται μία πρώτη προσέγγιση των κυκλωμάτων αυτών και ο τρόπος που
σχεδιάστηκαν στο πρόγραμμα. Η λειτουργία τους στην έκταση ολόκληρου του
συστήματος και πως επιτυγχάνεται η διαλειτουργικότητά τους και η συνεργασία τους,
θα γίνει καλύτερα κατανοητή στο κεφάλαιο περιγραφής του αλγορίθμου με υπόβαθρο
το τελικό σχέδιο.
66
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
3.9.1 Διατάξεις υλοποίησης ελέγχου

PI Ελεγκτής
Ο αναλογικός-ολοκληρωτικός (Proportional-Integral ή PI) ελεγκτής αποτελεί μια
από τις σημαντικότερες βαθμίδες του συστήματος ελέγχου. Ο PI ελεγκτής δέχεται
ως είσοδο του το σφάλμα μεταξύ της τιμής αναφοράς και της πραγματικής τιμής
ενός μεγέθους. Έπειτα παράγει στην έξοδό του ένα διορθωτικό σήμα με στόχο η
ελεγχόμενη μεταβλητή (πραγματική τιμή) να γίνει ίση με την αναφορά, δηλαδή
μηδενίζει το σήμα εισόδου του (σφάλμα) [29].
Ο συνδυασμός του ολοκληρωτικού (Ι) και του αναλογικού (Ρ) σε έναν ελεγκτή ΡΙ
μας δίνει τα πλεονεκτήματα των απλών ελεγκτών χωρίς τα μειονεκτήματά τους. Ο Ρ
ελεγκτής πολλαπλασιάζει την τιμή της εισόδου του με μια σταθερά ΚP, με τον τρόπο
αυτό όμως δεν μπορεί να μηδενιστεί το σφάλμα. Ο Ι ελεγκτής, για σταθερό σήμα
εισόδου, αυξάνει συνεχώς την έξοδο του χωρίς να σταματά σε κάποια συγκεκριμένη
τιμή. Αν όμως «δει» μηδενικό σήμα εισόδου, διατηρεί στην έξοδό του την τιμή που
είχε την στιγμή του μηδενισμού της εισόδου. Έτσι, η αργή απόκριση του Ι ελεγκτή
«αντισταθμίζεται» από τον ταχύτατο Ρ, ενώ η αδυναμία του Ρ να μηδενίσει το
σφάλμα «αντισταθμίζεται» από την δυνατότητα που έχει για αυτό ο Ι.
Εικόνα 3.9.1 Block διάγραμμα PI στο simulink.
Τέλος, επειδή ο θεωρητικός υπολογισμός των κερδών Κp και Κi ενός ΡΙ ελεγκτή
είναι μια επίπονη και δύσκολη διαδικασία, ο υπολογισμός γίνεται μέσα από την
μέθοδο «δοκιμής και λάθους». Σε γενικές γραμμές, η ρύθμιση ενός ΡΙ ελεγκτή έχει
ως έξης: αρχικά, για σταθερή τιμή ΚP, αυξάνουμε το κέρδος Κi. Αύξηση του Κi
μειώνει κυρίως το σφάλμα μόνιμης κατάστασης και συμβάλει στην μείωση του
χρόνου ανόδου, ενώ ταυτόχρονα, αυξάνει το ποσοστό υπερύψωσης. Στην συνεχεία,
και αν καταφέρουμε να μηδενίσουμε το σφάλμα μόνιμης κατάστασης, αυξάνουμε το
κέρδος Κp, γεγονός που μειώνει την υπερύψωση άλλα και τον χρόνο ανόδου,
κάνοντας το σύστημα πιο γρήγορο [21].
67
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ

Βρόχος Κλειδώματος κατά Φάση (PLL)
Ο σκοπός του PLL είναι το σήμα εξόδου του να συγχρονιστεί κατά φάση με το
σήμα εισόδου του. Δηλαδή η φάση του σήματος εξόδου να ακολουθεί την φάση του
σήματος εισόδου [29]. Το block του διαγράμματος PLL φαίνεται στην εικόνα 3.9.2.
Εικόνα 3.9.2 Block διάγραμμα PLL στο simulink.
Αρχικά, το τριφασικό σύστημα των τάσεων του δικτύου δίνεται ως αναφορά στο
Block που πραγματοποιεί τον μετασχηματισμό abc → dq0. Ως γωνία στροφής,
απαραίτητη για την υλοποίηση του μετασχηματισμού, δίνεται η έξοδος του PLL.
Στην συνέχεια, η συνιστώσα της τάσης Vq, που προκύπτει από τον μετασχηματισμό,
συγκρίνεται με την τιμή μηδέν και το σφάλμα δίνεται ως είσοδος σε έναν ελεγκτή ΡΙ.
H έξοδος του ΡΙ είναι η γωνιακή ταχύτητα περιστροφής του στρεφόμενου πλαισίου
(ω), από την ολοκλήρωση της οποίας προκύπτει η γωνία στροφής θ..
Προφανώς, για κατάλληλη τιμή της γωνίας θ έρχεται ο μηδενισμός της
συνιστώσας Vq και τότε ο ΡΙ δέχεται ως είσοδο μηδενικό σφάλμα, άρα η έξοδος του
είναι κάθε στιγμή η τιμή της επιθυμητής γωνιακής ταχύτητας ωe. Πρακτικά, αυτό
σημαίνει ότι έχουμε κλειδώσει την φάση της τάσης. Δηλαδή, το σύγχρονα
στρεφόμενο πλαίσιο είναι προσανατολισμένο στο διάνυσμα της τάσης ή, πιο απλά, ο
άξονας d έχει ταυτιστεί με τον άξονα της φάσης α της τάσης, οπότε Vd=Vδικτύου και
Vq=0.
Η γωνία εξόδου του PLL είναι πολύ σημαντική για την υλοποίηση του ελέγχου
μας. Τα βασικά κριτήρια που λαμβάνονται υπόψη για τον υπολογισμό των κερδών
του PLL είναι η γρήγορη δυναμική συμπεριφορά του, δηλαδή ο μικρός χρόνος
αποκατάστασης, και ταυτόχρονα το σωστό φιλτράρισμα της εισόδου. Όμως, τα δυο
αυτά κριτήρια είναι αντικρουόμενα και για τον τελικό σχεδιασμό του συστήματος θα
πρέπει να υπάρξει κάποιος συμβιβασμός [24].
68
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
3.9.2 Κυκλώματα ελέγχου και ζυγοί
3.9.2.α Έλεγχος στην dc πλευρά - μετατροπέας
Στην dc πλευρά του κυκλώματος, ο έλεγχος που υλοποιείται έτσι ώστε να
κρατάει σταθερή της τάση στο dc bus με την βοήθεια της μπαταρίας, παρουσιάζεται
στην εικόνα 3.9.3 (μετατροπέας).
Εικόνα 3.9.3 Διάγραμμα ελέγχου τάσης στον dc bus από την dc πλευρά του
κυκλώματος(μετατροπέας) .
Ο κεντρικός διακόπτης δέχεται σήμα από το σύστημα ελέγχου των πρακτόρων
και καθορίζει αν ο έλεγχος της σταθεροποίησης της τάσης στο ζυγό γίνεται από την
μπαταρία ή μέσω του inverter από τη γεννήτρια.
Στον πάνω κλάδο του διαγράμματος η μπαταρία με εντολή ρεύματος φορτίζεται
είτε μέσω του inverter από τη γεννήτρια είτε απο τις ΑΠΕ . Στον κάτω κλάδο η τάση
του ζυγού συγκρίνεται με την σταθερή τάση των 600V (η επιθυμητή για τον ζυγό) και
η σύγκριση οδηγείται σε έναν PI ελεγκτή. Στην συνέχεια και αφου συγκριθεί με το
ρεύμα της μπαταρίας οδηγείται στον δεύτερο PI, όπου προκύπτει το σήμα της τάσης
που στέλνεται στην ελεγχόμενη πηγή τάσης της μπαταρίας.
Τέλος αξίζει να αναφέρουμε τη χρήση του saturation dynamic block που
καθορίζει, μέσω σημάτων από τους πράκτορες, το ρεύμα φόρτισης της μπαταρίας.
Συγκεκριμένα στην εν λόγω εργασία τα όρια ρεύματος φόρτισης έχουν υπολογιστεί
με το ονομαστικό ρεύμα της μπαταρίας.
69
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
3.9.2.β Dc bus – Ζυγός συνεχούς τάσης
Η υλοποίηση του ζυγού συνεχούς τάσης απεικονίζεται στην 3.9.4
Εικόνα 3.9.4 Διάγραμμα ζυγού συνεχούς τάσης .
Τα ρεύματα του Φ/Β, της Α/Γ , και της μπαταρίας που προκύπτουν από τις
αντίστοιχες ισχείς με βάση την τάση του ζυγού, οδηγούνται ως σήματα αναφοράς
στις ελεγχόμενες πηγές ρεύματος. Η τιμή από τον μετρητή τάσης του ζυγού
αποστέλνεται στα κυκλώματα ελέγχου της dc και ac πλευράς, σήμα 15 και 16
αντίστοιχα. Τέλος μέσω της ελεγχόμενης πηγής ρεύματος στη δεξιά πλευρά του
κυκλώματος επιτυγχάνεται η διεπαφή και επικοινωνία μεταξύ των δύο τμημάτων (dcac) σχετικά με τη ροή ισχύος. Μέσω του σήματος της πηγής και ανάλογα με την τιμή
και την πολικότητά του, καθορίζεται το ποσό και η κατεύθυνση της ισχύος. Το σήμα
17 επικοινωνεί με το block της ισχύος στον ζυγό της εναλλασσόμενης τάσης.
3.9.2.γ Έλεγχος στην ac πλευρά - αντιστροφέας
Στην συνέχεια (εικόνα 3.9.5) παρουσιάζουμε το κύκλωμα ελέγχου της ac
πλευράς του συστήματος έτσι όπως υλοποιήθηκε ώστε να εξυπηρετεί τις λειτουργίες
της αντιστροφής και της επίβλεψης της σταθεροποίησης της τάσης.
70
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 3.9.5 Διάγραμμα ελέγχου τάσης από την ac πλευρά του κυκλώματος και αντιστροφέας .
Το παραπάνω διάγραμμα (3.9.4) αποτελείται και αυτό από δύο κλάδους έως τον
ελεγχόμενο από τους πράκτορες διακόπτη (στο κέντρο της εικόνας) . Ο πάνω κλάδος
(1) μπαίνει σε εφαρμογή όταν η τάση στον dc bus σταθεροποιείται, μέσω του
κυκλώματος αυτού, ενώ ο κάτω (2), κατά τη λειτουργία όπου οι πηγές(ΑΠΕ) σε
συνδιασμό ή μη, με τη μπαταρία τροφοδοτούν και καλύπτουν με ισχύ τα φορτία.
Στον πάνω κλάδο, η τάση του dc bus συγκρίνεται με την σταθερή τάση των 600V
και κατόπιν εισέρχεται στον PI ελεγκτή. Στην έξοδο του PI παίρνουμε το ρεύμα id για
τον διανυσματικό έλεγχο που ακολουθεί.
Αντίστοιχα στον κάτω κλάδο με ενημέρωση από τους πράκτορες για την τρέχων
ισχύ φορτίου μετά από πράξεις σχηματίζουμε και εδώ το ρεύμα id και το οδηγούμε
στον διανυσματικό έλεγχο. Το όριο στο saturation block στον κλάδο αυτό είναι τιμή
ρεύματος που αντιστοιχεί στα 10 kW.
Στο σημείο 3 μέσω της γωνίας του δικτύου απο το PLL και το ρεύμα Iabc του
ζυγού, δημιουργούμε με μετασχηματισμό στο σύστημα dq0 τα ρεύματα id και iq. Τη
συνιστώσα iq του ρεύματος την κρατάμε στο μηδέν, καθώς μας ενδιαφέρει μόνο η ροή
ενεργού ισχύος ανάμεσα στα δύο κυκλώματα. Μετά τις συγκρίσεις ρευμάτων (4),
μέσω των PI σχηματίζουμε τις αντίστοιχες τάσεις στο ίδιο σύστημα (5). Τέλος με
μετασχηματισμό απο το σύστημα dq0 σε abc δημιουργούμε την τάση Vabc που
οδηγείται ως σήμα αναφοράς στις τρεις ελεγχόμενες τάσεις του ac ζυγού.
71
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
3.9.2.δ Αc bus – Ζυγός εναλλασσόμενης τάσης
Εικόνα 3.9.6 Διάγραμμα ελέγχου τάσης από την ac πλευρά του κυκλώματος και αντιστροφέας
Στην 3.9.6 απεικονίζεται ο ζυγός της εναλλασσόμενης τάσης, που αποτελείται
από τις τρεις ελεγχόμενες πηγές τάσεις, τις υπομονάδες του κρίσιμου και μη κρίσιμου
φορτίου καθώς και της μονάδα της ντιζελογεννήτριας.
Στο σημείο 1 φθάνει το σήμα της τάσης Vabc από το κύκλωμα ελέγχου του
αντιστροφέα (όπως προαναφέρθηκε στην 3.9.2γ) μετά το μετασχηματισμό στο
σύστημα abc. Στο σημείο 2 είναι το σήμα ισχύος ανάμεσα στα δύο κυκλώματα (dc –
ac, όπως και εδώ αναφέραμε στην 3.9.2β). Στα σημεία 3 και 4 ενώνονται τα δύο
φορτία, τα κυκλώματα των οποίων αναλύονται στην συνέχεια του κεφαλαίου. Τέλος
στο σημείο 5 βρίσκεται η μονάδα του Η/Ζ και συγκεκριμένα της σύγχρονης μηχανής
με τα υποσυστήματα ελέγχου της.
Αξίζει να αναφέρουμε τον τρόπο με τον οποίο υλοποιείται ο αντιστροφέας
(inverter), όπου σε συνδυασμό με αυτά που αναφέρθηκαν στην ενότητα 3.9.2γ και
στην εισαγωγή του κεφαλαίου, θεωρούμε, μέσω τους σήματος στις τρεις ελεγχόμενες
πηγές τάσεις, οτι έχουμε ημιτονοειδή τάση. Κατά σύμβαση λοιπόν θεωρούμε ότι δεν
έχουμε μεταβατικά ημιτόνου, αλλά παράγουμε καθαρό ημίτονο χωρίς παραμόρφωση
και σε παρόμοια μορφή με ενός διακοπτικού αντιστροφέα οδηγούμενο από
παρεμφερές σύστημα ελέγχου. Με το εφαρμόσιμο average model άλλωστε, δεν είναι
αυτό ως προτεραιότητα και βασικός σκοπός, αλλά ασπαζόμενοι την Αρχή Διατήρηση
Ισχύος (ΑΔΙ), επικεντρωνόμαστε στην μελέτη των ροών ισχύος μεταξύ των
κυκλωμάτων.
3.9.2.ε Έλεγχος τάσης και συχνότητας μέσω γεννήτριας
Το Η/Ζ είναι συνέχεια συνδεδεμένο στο κύκλωμα και βρίσκεται σε ετοιμότητα
όταν χρειαστεί να επέμβει και να συμπληρώσει τυχόν ανεπάρκειες στην παροχή
ισχύος, καθώς και στην ρύθμιση των παραμέτρων του συστήματος (τάση και
72
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
συχνότητα) με σκοπό την ομαλή λειτουργία. Στην εικόνα 3.9.7 προβάλλεται το
διάγραμμα ελέγχου συχνότητας και τάσης του εναλλασσόμενου ζυγού από την
γεννήτρια.
Εικόνα 3.9.7 Διάγραμμα ελέγχου τάσης και συχνότητας από την γεννήτρια .
Το παραπάνω σύστημα ελέγχου, επιτρέπει την γεννήτρια να ¨επιβλέπει¨ την
συχνότητα και την τάση του ζυγού. Όταν οι παράμετροι αυτοί του ζυγού, δεν μένουν
σταθεροί από τον inverter, τότε η γεννήτρια παρεμβαίνει και κρατάει την τάση και τη
συχνότητα εντός των επιθυμητών ορίων.
Μέσω του PLL παράγουμε την συχνότητα και τη γωνία στροφής του δικτύου.
Συγκρίνοντας την συχνότητα με τα 50Hz και μέσω ενός PI ελεγκτή σχηματίζουμε το
σήμα την μηχανικής ισχύος, που στέλνεται ως είσοδος στη μηχανή.
Αντίστοιχα με εισόδους τη γωνία στροφής και την τάση Vabc του δικτύου, μέσω
μετασχηματισμού δημιουργούμε την Vd συνιστώσα. Ακολούθως συγκρίνεται με την
επιθυμητή τιμή της τάσης και μέσω ενός PI, σχηματίζουμε το σήμα της εσωτερικής
τάσης της μηχανής, που στέλνεται και αυτή ως είσοδος στη μηχανή.
3.9.3 Φορτία
Στην εικόνα 3.9.8 παρουσιάζονται τα φορτία του συστήματος. Τα δύο φορτία είναι
κατηγοριοποιημένα ανάλογα με τη σημαντικότητά και την αναγκαιότητά τους. Για το
λόγο αυτό, είναι χωρισμένα σε κρίσιμο και μή κρίσιμο φορτίο. Ανάλογα με τον
έλεγχο του κυκλώματος και την περίπτωση προσομοίωσης, υπάρχει η ευελιξία
αποσύνδεσης του μη κρίσιμου φορτίου. Μία αποσύνδεση στην συνέχεια και του
κρίσιμου φορτίου αντιστοιχεί σε αποτυχία λειτουργίας.
73
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 3.9.8 Διάγραμμα κρίσιμου και μη κρίσιμου φορτίου .
Στο διάγραμμα διακρίνονται τα δύο φορτία και οι αντίστοιχοι διακόπτες τους. Οι
διακόπτες με εντολή από τους πράκτορες δέχονται σήμα σύνδεσης/ αποσύνδεσης. Τα
φορτία είναι συνολικά διαστασιολογημένα στα 5kW, αριθμός που δεν κρατήθηκε
σταθερός στις προσομοιώσεις, στην προσπάθεια πειραματισμού υπό διάφορες
συνθήκες. Τέλος αξίζει να επισημάνουμε ότι η άεργη ισχύς των φορτίων καλύπτεται
από τη γεννήτρια, καθώς όπως προαναφέρθηκε μόνο ενεργός ισχύς διέρχεται μέσω
του αντιστροφέα.
Στην εικόνα 3.9.9 παρουσιάζεται ολόκληρο το μικροδίκυτο έτσι όπως
σχεδιάστηκε στο πρόγραμμα του Matlab. Για λόγους ευκρίνειας και ευκολότερης
κατανόησης έχει πραγματοποιηθεί χρωματικός διαχωρισμός των υποσυστημάτων. Με
πράσινο χρώμα είναι οι μονάδες ελέγχου, με λευκό οι ζυγοί ενώ με τις υπόλοιπες
χρωματικές αντιθέσεις οι μονάδες του κυκλώματος. Τα σήματα εισόδου από τους
πράκτορες σημειώνονται με σκούρο μπλε και της εξόδου με γαλάζιο.
Στη συνέχεια (εικόνα 3.9.10) φαίνεται και πάλι ολόκληρο το κύκλωμα, αυτή τη
φορά όμως τα κυκλώματα συνδέονται όπως περιγράφηκαν και αναλύθηκαν στο
κεφάλαιο αυτό. Παρέχεται με αυτό τον τρόπο μια γενικότερη εικόνα του κυκλώματος
και ο τρόπος τελικής συγκρότησης και συνδεσμολογίας των προαναφερθέντων
κυκλωμάτων.
74
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 3.9.9 Τελικό ολοκληρωμένο κύκλωμα στο simulink .
75
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 3.9.10 Ολόκληρο το κύκλωμα στο Simulink με τις μονάδες εκτός block .
76
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4
ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΣ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΑΥΤΟΝΟΜΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ
4.1 Εισαγωγή
Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η ανάπτυξη
αλγόριθμου ενεργειακής προσομοίωσης αυτόνομων συστημάτων, ο οποίος θα
ενσωματώνει αποτελεσματικές στρατηγικές διαχείρισης και ελέγχου ροής ισχύος
μέσω πολλαπλών πρακτόρων. Η στρατηγική του ελέγχου βασίστηκε στη
διαλειτουργικότητα μεταξύ ενός συστήματος πολλαπλών πρακτόρων και ενός
μικροδικτύου. Συνεπώς ο συνολικός έλεγχος της ροής ισχύος, πραγματοποιείται σε
συνδυασμό των τοπικών PI που υπάρχουν στο κύκλωμα και του αλγόριθμου από τους
πράκτορες. Οι πράκτορες στην ουσία έχουν τη γενική ¨επίβλεψη¨ των αποτελεσμάτων
του κυκλώματος και αποφασίζουν άμεσα για τη σωστή λειτουργία μέσα από εντολές
σε διακόπτες.
Το σύστημα πολλαπλών πρακτόρων αποτελείται από τον πράκτορα του
μικροδικτύου,του φωτοβολταϊκού, της ανεμογεννήτριας, του φορτίου εναπόθεσης
πλεονάζουσας ισχύος, των φορτίων, της γεννήτριας και της μπαταρίας.
Το αυτόνομο σύστημα μικροδικτύου για το οποίο αναπτύχθηκε ο αλγόριθμος
περιλαμβάνει φωτοβολταϊκό, ανεμογεννήτρια, φορτίο εναπόθεσης πλεονάζουσας
ισχύος, γεννήτρια και μπαταρία.
4.2 Πράκτορες συστήματος
Στην ενότητα αυτή θα παρουσιάσουμε τις λειτουργίες του κάθε πράκτορα και τα
σήματα επικοινωνίας και μεταφοράς πληροφορίων που ανταλλάσσουν μεταξύ τους
και με το μικροδίκτυο.
77
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.2.1 Σχεδιάγραμμα πρακτόρων εργασίας .
Στην εικόνα 4.2.1 φαίνονται οι πράκτορες που σχεδιάστηκαν για τις απαιτήσεις
της εργασίας. Τα σήματα επικοινωνίας τροποποιήθηκαν και απεικονίζονται
συγκεντρωτικά και απλοποιημένα για λόγους εμφάνισης, έτσι ώστε να φανεί
καλύτερα πώς οι πράκτορες επικοινωνούν μεταξύ τους αλλά και με το μικροδίκτυο
λαμβάνοντας και στέλνοντας σήματα ελέγχου και πληροφοριών.
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω στην ενότητα αυτή θα γίνει αναφορά στα σήματα
που δέχονται και παράγουν οι πράκτορες όπως σχεδιάστηκαν στο πρόγραμμα, όσο
αφορά τα χαρακτηριστικά και τις ιδιότητές τους, έχει γίνει αναφορά στο κεφάλαιο 2
της εργασίας.
Οι πράκτορες σχεδιάστηκαν και υλοποιήθηκαν στο πρόγραμμα Matlab /Simulink
με τη χρήση του Matlab function και τη γλώσσα προγραμματισμού που υποστηρίζει
το block.
78
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.2.2 Οι είσοδοι και έξοδοι των πρακτόρων πλην του κεντρικού MGM .
Battery agent
Ξεκινώντας από τις λειτουργίες και τα σήματα του πράκτορα της μπαταρίας
γίνεται περιγραφή του παραπάνω block και αναφέρουμε ότι:
Ο πράκτορας της μπαταρίας είναι υπεύθυνος να παρακολουθεί την κατάσταση
φόρτισης της μπαταρίας (SOC) και να στέλνει το αντίστοιχο σήμα στον κεντρικό
πράκτορα. Υπολογίζει ανάλογα με την πολικότητα του ρεύματος της μπαταρίας εαν
βρίσκεται σε κατάσταση φόρτισης ή εκφόρτισης (charge). Υπολογίζει και αποστέλλει
το αντίστοιχο σήμα, για την στιγμιαία διαθέσιμη ισχύ της μπαταρίας (Pbat), ανάλογα
με τα ονομαστικά χαρακτηριστικά. Ενημερώνει τον κεντρικό πράκτορα για το όριο
ρεύματος λειτουργίας της μπαταρίας (Ioc). Ακόμη, ενημερώνεται από τον MGM για
την κατάσταση σύνδεσης της μπαταρίας και ανάλογα αντιδρά στέλνοντας σήμα τόσο
για την κατάσταση (status_out) όσο και για την τιμή της ισχύος (Pbat ή Pb), η οποία
μηδενίζεται σε κατάσταση αποσύνδεσης. Τέλος στέλνει την τιμή της ισχύς φόρτισης
της μπαταρίας για τον κλάδο με την εντολή ρεύματος.
Load agent
Ο πράκτορας του φορτίου δέχεται ως εισόδους την μετρούμενη τάση της ac
πλευράς στο σύστημα dq0 (Vd) και τις μετρούμενες ενεργές ισχείς των φορτίων.
Αφού λοιπόν υπολογίσει τις ισχείς με βάση την ονομαστική τάση του ζυγού, τις
βγάζει ως σήματα εξόδου (Pcr, P_no_cr). Ως σήμα εξόδου βγάζει επίσης και την
συνολική ισχύ των φορτίων (Pload_total ή PL), την οποία στέλνει ως σήμα τόσο στον
MGM πράκτορα, όσο και στο μικροδίκτυο. Τέλος δέχεται απο τον κεντρικό
πράκτορα σήμα κατάστασης για το μη κρίσιμο φορτίο (signal_load_non_cr) και
ανάλογα προσαρμόζει το σήμα της συνολικής ισχύος.
79
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Diesel generator agent
Ο πράκτορας της γεννήτριας είναι υπεύθυνος για την παρακολούθηση της
ισχύος της γεννήτριας και της κατάστασης της ανάλογα με την μέγιστη ισχύ
διαστασιολόγησης.
PV και WT agent
Οι δύο αυτοί πρακτορές ενημερώνονται για την τιμή της ισχύς εξόδου των πηγών
του κυκλώματος και στη συνέχεια επικοινωνούν με τον κεντρικό πράκτορα.
Dump load agent
Παρακολουθεί το ρεύμα του φορτίου εναπόθεσης πλεονάζουσας ισχύος και
υπολογίζει την κατάσταση on/off στέλνοντας αντίστοιχο σήμα.
Εικόνα 4.2.3 Οι είσοδοι και έξοδοι του κεντρικού MGM πράκτορα .
MGM agent
Για τον microgrid management agent θα αναφέρουμε επιγραμματικά τα σήματα,
ενώ η ανάλυση του αλγόριθμου γίνεται στην συνέχεια του κεφαλαίου.
Ως είσοδοι στον κεντρικό πράκτορα είναι οι περισσότερες από τις εξόδους που
περιγράψαμε παραπάνω και φαίνονται στην εικόνα 4.2.3.
signal_bat: Το σήμα στον διακόπτη του μετατροπέα/ φορτιστή , ανάλογα με τις
συνθήκες λειτουργίας επιλέγεται ένας κλάδος από τους δύο.
signal_inv: Το σήμα στον διακόπτη του αντιστροφέα , ανάλογα με τις συνθήκες
λειτουργίας επιλέγεται ένας κλάδος από τους δύο.
80
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
signal_load_cr: Το σήμα στο διακόπτη του κρίσιμου φορτίου.
signal_load_non_cr: Το σήμα στο διακόπτη του μη κρίσιμου φορτίου.
dump_load_out: Σήμα κατάστασης dump load.
breaker_bat: Σήμα στο διακόπτη της μπαταρίας.
up_limit: Σήμα στο saturation block για οριοθέτηση του μέγιστου ρεύματος
λειτουργίας της μπαταρίας.
lo_limit: Σήμα στο saturation block για οριοθέτηση του ελάχιστου ρεύματος
λειτουργίας της μπαταρίας.
4.3 Γενική περιγραφή αλγόριθμου
Ο γενικός σχεδιασμός του αλγορίθμου βασίστηκε στις ακόλουθες παραμέτρους:








Επίτευξη ελέγχου σε πραγματικό χρόνο με αδιάλειπτη λειτουργία.
Αξιόπιστη τροφοδότηση του φορτίου του συστήματος στην αυτόνομη
κατάσταση. Εξασφάλιση δηλαδή οτι οι τιμές της τάσης και της συχνότητας του
κυκλώματος παραμένουν εντός των ορίων εύρυθμης λειτουργίας.
Τη μέγιστη δυνατή διείσδυση των ΑΠΕ και την εξοικονόμηση καυσίμου.
Τη διάρκεια ζωής των συσσωρευτών με αποφυγή βαθιάς εκφόρτισης και
υπερφόρτισης, έλεγχο στον ρυθμό φόρτισης /εκφόρτισης, και πρόληψη στην
άσκοπη αποσύνδεσή τους.
Αποφυγή υπερφόρτισης γεννήτριας.
Θέσπιση ορίων λειτουργίας στον αντιστροφέα.
Λειτουργία μονάδων ΑΠΕ με MPPT σύστημα οδήγησης.
Εκμετάλλευση πλεονάζουσας ισχύος.
4.3.1 Προγραμματισμός λειτουργίας αυτόνομου συστήματος
Ο τρόπος με τον οποίο σχεδιάστηκε το κύκλωμα της εργασίας βασίστηκε στον
πρωταρχικό του σκοπό, της αδιάλειπτης δηλαδή λειτουργίας, με έλεγχο σε
πραγματικό χρόνο. Αυτό κατορθώνεται με την αξιόπιστη κάλυψη των φορτίων
κρατώντας σταθερή την τάση και την συχνότητα στο ζυγό σύνδεσης.
Το κύκλωμα χωρίζεται σε δύο κύρια τμήματα. Το ένα είναι το σύστημα του ζυγού
συνεχούς τάσης (dc πλευρά), που συμπεριλαμβάνει το Φ/Β, την Α/Γ, την μπαταρία
81
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
και το dump load και το δεύτερο, το σύστημα του ζυγού της εναλλασσόμενης τάσης
με το Η/Ζ και τα φορτία.
Βασική αναφορά για την εργασία είναι ο τρόπος προσέγγισης του σχεδιασμού του
κυκλώματος, με επιλογή ενός ¨average¨ μοντέλου. Αυτό ερμηνεύεται με τη μέθοδο
που πραγματοποιήθηκε η διαχείριση ενέργειας, δηλαδή με παρακολούθηση και έλεγχο
της ροής ισχύος. Το μοντέλο προσομοίωσης βασίζεται στο ενεργειακό ισοζύγιο
μεταξύ παραγωγής, αποθήκευσης και κατανάλωσης.
Έτσι λοιπόν στην εργασία δεν χρησιμοποιήθηκαν αντιστροφείς και μετατροπείς
με διακοπτικά στοιχεία που χρήζουν επιπλέων κυκλώματα για τις μεθόδους ελέγχου.
Αντί αυτού, βασιζόμενοι στην Αρχή Διατήρηση της Ισχύος καταφέραμε με πιο απλές
διατάξεις, λαμβάνοντας κάποιες θεωρήσεις να πετύχουμε παρόμοια αποτελέσματα.
Παρακολουθώντας τις ροές ισχύος, επιτεύχθηκε μέσα από σήματα αναφοράς σε
ελεγχόμενες πηγές τάσης /ρεύματος, να παράγουμε σήματα στην επιθυμητή
ημιτονοειδή μορφή, με σύμβαση βέβαια την αγνόηση των μεταβατικών φαινομένων
στο παραγώμενο σήμα.
Η επιλογή ενός average model
είχε ως αποτέλεσμα την αποφυγή της
πολυπλοκότητας ενός σύνθετου συστήματος, γεγονός που θα καθιστούσε την
προσομοίωση πάρα πολύ αργή και καθόλου λειτουργική για τη λήψη αποτελεσμάτων.
Λαμβάνοντας άλλωστε υπόψη το βασικό σκοπό της διπλωματικής, η επιλογή ενός
τέτοιου μοντέλου μπορεί να θεωρηθεί έγκαιρη και έγκυρη.
Παράμετροι μπαταρίας
Σημαντικό ρόλο στον αλγόριθμο ελέγχου παίζει το όριο φόρτισης της μπαταρίας,
γι’αυτό έχουμε κατηγοριοποιήσει κάποια επίπεδα φόρτισης για βελτιστοποίηση
λειτουργίας της μπαταρίας και εξασφάλιση μεγαλύτερης διάρκειας ζωής.
Αρχικά το μέγιστο επίπεδο φόρτισης (SOCmax=99.9), προς αποφυγή
υπερφόρτισης της μπαταρίας. Το επίπεδο φόρτισης κάτω από το οποίο η μπαταρία
τίθεται σε διαδικασία φόρτισης (SOC_cr1=55), με ισχύ (Pb_charge). Το επίπεδο το
οποίο αφού τεθεί σε κατάσταση φόρτισης πρέπει να φτάσει για να βγει
(SOC_cr2=70). Το βήμα αυτό υλοποιήθηκε με γνώμονα την αποφυγή διαρκούς
σύνδεσης / αποσύνδεσης της μπαταρίας. Δίνοντας λοιπόν ένα περιθώριο φόρτισης,
μπορεί από τη μία να παραμένει η γεννήτρια ενεργεί για περισσότερο χρονικό
διάστημα και με την όποια οικονομική επιβάρυνση, αποφεύγονται όμως από την άλλη
καταπονήσεις τόσο στη μονάδα της μπαταρίας όσο και της γεννήτριας από τα συνεχή
on-off. Τέλος το επίπεδο (SOC_base=50) κάτω από το οποίο η μπαταρία τίθεται εκτός
κυκλώματος.
Στο επίπεδο αυτό, έτσι όπως έχει δομηθεί ο αλγόριθμος η μπαταρία μπορεί να
φτάσει σε περίπτωση σφάλματος ή κάποιας απροσδόκητης και απρόσμενης μεταβολής
(αύξηση) του φορτίου, σε σύγκριση με το ήδη διαστασιολογημένο. Η αύξηση του
φορτίου αυτή ερμηνεύεται ως PL> Pdg_max+Ppv+Pwt-Pb_charge, δηλαδή όταν το
82
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
φορτίο ¨ξεφύγει από την ομαλή λειτουργία¨ και η ισχύς του γίνει μεγαλύτερη από το
άθροισμα της μέγιστης ισχύς της γεννήτριας (Pdg_max), της ισχύς του Φ/Β (Ppv), της
ισχύς της Α/Γ (Pwt), μείων την ισχύ φόρτισης της μπαταρίας (Pb_charge). Αυτή στην
ουσία είναι η μέγιστη δυνατή ισχύ που έχει το κύκλωμα όταν η γεννήτρια ελέγχει τη
σταθεροποίηση των τάσεων στους ζυγούς (signal_bat=1, signal_inv=1) και η
μπαταρία βρίσκεται σε κατάσταση φόρτισης. Για λόγους ευκολίας, στον αλγόριθμο
την έχουμε ονομάσει διαθέσιμη ισχύ, δηλαδή Pav= Pdg_max+Ppv+Pwt-Pb_charge.
Το σκεπτικό πίσω από τον σχεδιασμό αυτό, είναι η αντιμετώπιση της αύξησης του
φορτίου, με την μπαταρία να αποφεύγει και να μην λαμβάνει υπόψη το όριο
(SOC_cr1=55) που θα τίθονταν σε κατάσταση φόρτισης, συνεχίζοντας την παροχή
ισχύος έως το επίπεδο αποσύνδεσης (SOC_base=50). Αυτό πραγματοποιείται με
σκοπό της κάλυψης παροδικής αύξησης του φορτίου. Αξίζει να υπενθυμίσουμε οτι η
μέγιστη ισχύ που η μπαταρία μπορεί να παρέχει καθορίζεται από τα ονομαστικά της
στοιχεία (Pb= Vον *Iον).
Παράμετροι συστημάτων ελέγχου
Οι δύο ζυγοί ανάλογα με την περίπτωση ελέγχονται από διαφορετικά συστήματα.
Τα συστήματα ελέγχου αυτά, όπως έχουμε είδη αναφέρει στο κεφάλαιο 3, έχουν
διττή λειτουργία που εξασφαλίζεται μέσω διακόπτη. Οι δύο διακόπτες των
κυκλωμάτων δέχονται ταυτόχρονα το ίδιο σήμα, δηλαδή οι κλάδοι τους δουλεύουν σε
ζευγάρια. Συνεπώς μπορούμε να ορίσουμε δύο λειτουργίες και τους αντίστοιχους
ενεργοποιημένους κλάδους.
Για το κύκλωμα ελέγχου στην πλευρά της μπαταρίας (μετατροπέας), σήμα στον
διακόπτη ίσο με το μηδέν (signal_bat=0), αντιστοιχεί στον κλάδο όπου η μπαταρία
μέσω των PI ελεγκτών κρατάει σταθερή την τάση στο dc_bus, ίση με 600V. Αυτό
επιτυγχάνεται με ροή ισχύος από την μπαταρία προς το ζυγό, εφόσον το επίπεδο
φόρτισης της (SOC) είναι σε ικανοποιητικό επίπεδο, σύμφωνα με τον αλγόριθμο, ή με
ροή ισχύος προς τη μπαταρία, απορροφώντας την περίσσεια ισχύ.
Σήμα στον διακόπτη ίσο με τη μονάδα (signal_bat=1), ενεργοποιεί τον κλάδο
φόρτισης της μπαταρίας με εντολή ρεύματος. Αυτό σημαίνει ότι PL<Pav ,οπότε ο
αλγόριθμος δεν παραβλέπει το (SOC_cr1=55) και θέτει την μπαταρία σε κατάσταση
φόρτισης έως το επίπεδο (SOC_cr2=70).
Αντίστοιχα στο κύκλωμα ελέγχου του αντιστροφέα, με σήμα στο διακόπτη
(signal_inv=0), ενεργοποιείται ο κλάδος ο οποίος με βάση την υπολογισμένη από τον
πράκτορα ενεργό ισχύ των φορτίων, καθορίζει σύμφωνα με τον μετέπειτα έλεγχο την
απαιτούμενη ισχύ που διέρχεται από το ένα τμήμα (dc) στο δεύτερο(ac). Στο σημείο
αυτό γίνεται έλεγχος εαν η υπολογισμένη ισχύ των φορτίων (PL), είναι μεγαλύτερη
από την ισχύ που ¨διαθέτει¨ η dc πλευρά (Pdc: εξηγείται παρακάτω), ώστε να
αποφευχθεί κατάρρευση της τάσης στο dc bus. Εαν όντως είναι μεγαλύτερη, τότε το
σήμα αναφοράς της ισχύος, εξισώνεται με την Pdc και την υπόλοιπη ζητούμενη ισχύ
83
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
την καλύπτει η γεννήτρια. Η τάση και η συχνότητα στον ac_bus ελέγχονται από τον
inverter (αντιστροφέα) μέσω της κάλυψης από την dc πλευρά της ζητούμενης ισχύος.
Η γεννήτρια βέβαια βρίσκεται πάντα συνδεδεμένη και μέσω του κυκλώματος ελέγχου
της, (3.9.2.ε), είναι ¨άγρυπνος φρουρός¨ ενώ εξασφαλίζει και την ζητούμενη άεργο
ισχύ των φορτίων.
Από την άλλη πλευρά, με σήμα στον διακόπτη (signal_inv=1), τίθεται σε
λειτουργία ο κλάδος του αντιστροφέα, στον οποίο γίνεται άμεσα έλεγχος
σταθεροποίησης της dc τάσης στα 600V. Αυτό συμβαίνει με την μπαταρία να
βρίσκεται σε κατάσταση φόρτισης (signal_bat=1), και το σύστημα ελέγχου της
γεννήτριας να εξασφαλίζει την εξομάλυνση εντός ορίων της τάσης και της συχνότητας
στον ac_bus.
Συνοψίζοντας τα παραπάνω, παρατηρούμε τις δύο λειτουργίες. Η πρώτη με
(signal_bat=0, signal_inv=0), αντιστοιχεί στην επίβλεψη της dc τάσης από το
κύκλωμα ελέγχου στην πλευρά της μπαταρίας (μετατροπέας) και τον έλεγχο της ac
τάσης και συχνότητας από τον inverter (αντιστροφέα). Η δεύτερη, αντιπροσωπεύεται
από τον έλεγχο της ac τάσης και της συχνότητας από το σύστημα της γεννήτριας, τη
σταθεροποίηση της dc τάσης από τον αντιστροφέα και την μπαταρία σε κατάσταση
φόρτισης μέσω εντολής ρεύματος.
Παράμετροι αντιστροφέα
Η μέγιστή ισχύ με την οποία έχει διαστασιολογηθεί ο αντιστροφέας (Pinv) είναι
στα 10kW. Λαμβάνοντας υπόψη οτι η μέγιστη δυνατή ισχύ που μπορεί να σχηματιστεί
στη dc πλευρά, είναι το άθροισμα της ισχύος του φωτοβολταϊκού (Ppv), της
ανεμογεννήτιας (Pwt) και της ισχύς που μπορεί να προσφέρει στιγμιαία η μπαταρία
(Pb), ορίζουμε την έκφραση Pdc=Ppv+Pwt+Pb, έτσι ώστε εαν Pdc>Pinv, να θέτουμε
το Pdc=Pinv=10kW, ίσο δηλαδή με τη μέγιστη ισχύ του αντιστροφέα.
Παράμετροι Φ/Β και Α/Γ
Ως είσοδο στο φωτοβολταϊκό και την ανεμογεννήτρια εισήχθησαν χρονοσειρές
υλοποιημένες στο πρόγραμμα του Matlab, για διακρίβωση της σωστής λειτουργίας
στο επιτρεπτό εύρος και σε μεταβολές των καιρικών συνθηκών.
Παράμετροι Η/Ζ
Αντίστοιχα, η διαστασιολόγηση της συμβατικής μονάδας (Η/Ζ) έγινε στα 10kW,
εξασφαλίζοντας εφεδρεία στο σύστημα. Η εφεδρεία της μονάδας κρίνεται απαραίτητη
για την διατήρηση της αξιοπιστίας, καθώς πρέπει να μπορούν να καλυφθούν
αβεβαιότητες και short term μεταβολές στην τιμή των φορτίων.
84
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Παράμετροι φορτίων
Όσο αφορά τα φορτία γίνεται έλεγχος και υπάρχει δυνατότητα αποσύνδεσης όταν
είναι απαραίτητο με σειρά προτεραιότητας. Πρώτο έχει σχεδιαστεί να αποσυνδέεται
το μη κρίσιμο φορτίο, και το κύκλωμα έχει τη δυνατότητα να συνεχίσει κανονικά τη
λειτουργία του χωρίς αυτό. Στην συγκεκριμένη εργασία δεν γίνεται μελέτη
επανασύνδεσης του μη κρίσιμου φορτίου, κάτι που μπορεί να γίνει σε περαιτέρω
μελέτη και επεκτασιμότητα επί του αντικειμένου διαπραγμάτευσης της διπλωματικής
αυτής.
Ο έλεγχος που γίνεται είναι μεταξύ του συνολικού φορτίου και του αθρoίσματος
της μέγιστης ισχύος της γεννήτριας (Pdg_max) με την μέγιστη ισχύ που μπορεί να
διέλθει από τον αντιστροφέα (Pdc). Εαν η συνολική ισχύς του φορτίου είναι
μεγαλύτερη τότε δίνεται εντολή αποσύνδεσης του μη κρίσιμου φορτίου. Στη συνέχεια
εαν η νέα συνολική ισχύς του φορτίου (αποτελούμενη πλέων μόνο από το κρίσιμο
φορτίο) βρεθεί μεγαλύτερη από το άθροισμα, τότε αποσυνδέεται και το κρίσιμο
φορτίο, το κύκλωμα οδηγείται σε σφάλμα λειτουργίας και σταματάει.
Αξίζει να σημειωθεί, ότι για να βγει ένα φορτίο εκτός λειτουργίας, σημαίνει ότι
έχει εμφανιστεί κάποιο σφάλμα. Λόγω διαστασιολόγησης, πρακτικά, η εγκατάσταση
υποστηρίζει τα συγκεκριμένα φορτία, για κανονικές συνθήκες λειτουργίας χωρίς
κάποιο πρόβλημα.
4.3.2 Διάγραμμα αλγορίθμου
Στη συνέχεια και αφού είδη έγινε μια προσπάθεια ανάλυσης του τρόπου δόμησης
του αλγόριθμου και των κριτηρίων στα οποία βασίστηκε ο σχεδιασμός του,
απεικονίζουμε το διάγραμμα (flowchart) του αλγορίθμου καθώς και το τελικό
σύστημά (για ακόμη μια φορά) προς καλύτερη κατανόηση (εικόνα 4.3.1). Πλέων στην
εικόνα του τελικού σχεδίου, μπορούμε να συνδυάσουμε τη σημαντικότητα του ρόλου
των σημάτων προς τους πράκτορες και τις εντολές από το σύστημα τους, για την
εύρυθμη λειτουργία του συστήματος.
85
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.3.1 Τελικό ολοκληρωμένο κύκλωμα στο Simulink.
86
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.3.2 Διάγραμμα αλγορίθμου.
87
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Ερμηνεία και παρακολούθηση διαγράμματος.
Για καλύτερη παρακολούθηση του διαγράμματος θα εισαγάγουμε τον όρο της
μεταβλητής state. Για state=0, αντιστοιχεί σε signal_inv=signal_bat=0 . Για state=1,
αντιστοιχεί σε signal_inv=signal_bat=1. Αναλυτικότερη ερμηνεία των σημάτων και τι
επίδραση έχουν στα κυκλώματα ελέγχου αναφέρεται στην ενότητα 4.3.1 στην
παράγραφο «παράμετροι συστημάτων ελέγχου».
Ξεκινώντας το διάγραμμα γίνεται ο αρχικός και βασικός έλεγχος εαν υπάρχει
περίσσεια ισχύ από την παραγόμενη των ΑΠΕ (εαν δηλαδή οι ΑΠΕ υπερκαλύπτουν το
φορτίο). Αυτό δίνεται με την εξίσωση PNET= PL-(Ppv+Pwt).
Εάν PNET <=0, τότε οι πηγές υπερκαλύπτουν τα φορτία και υπάρχει περίσσεια ισχύ
ώστε να φορτιστεί η μπαταρία. Η μπαταρία φορτίζεται και state=0. Στη συνέχεια
γίνεται έλεγχος εάν η κατάσταση φόρτισης της μπαταρίας έχει ξεπεράσει το ανώτατο
όριο (SOCmax=99.9). Εάν όχι, ο αλγόριθμος τερματίζει και αρχίζει από την αρχή. Εάν
ναι, τότε με εντολή από το σύστημα πρακτόρων δίνεται σήμα στο saturation dynamic
block να μηδενίσει το ρεύμα φόρτισης της μπαταρίας. Με αυτό τον τρόπο η μπαταρία
αδρανοποιείται χωρίς να φορτίζεται, ενώ ενεργοποιείται το dump load που απορροφά
την πλεονάζουσα ισχύ, στην συνέχεια ο αλγόριθμος τερματίζει.
Εάν PNET >0, τότε αρχικά γίνεται έλεγχος για τα φορτία. Σε περίπτωση που PL>
Pdg_max+Pdc, δηλαδή PL μεγαλύτεη από τη μέγιστη ισχύ που μπορεί να διαθέσει
στιγμιαία το κύκλωμα, τότε τίθεται εκτός το μη κρίσιμο φορτίο και τερματίζει ο
αλγόριθμος. Εάν συνεχίσει να ισχύει η παραπάνω ανισότητα με τη νέα υπολογισμένη
ισχύ φορτίου και ενώ βρίσκεται είδη εκτός το μη κρίσιμο φορτίο, τότε ξανά μπαίνει ο
αλγόριθμος στον βρόχο αυτό και θέτει εκτός και το κρίσιμο φορτίο. Το σύστημα
οδηγείται σε σφάλμα.
Όταν signal_inv= signal_bat=1 και ο αλγόριθμος δεν μπει στον πρώτο έλεγχο
φορτίου, τότε ακολουθεί ο δεύτερος έλεγχος. Σε αυτό το σημείο επιβλέπουμε μια
αύξηση του φορτίου σε χρονική στιγμή με κατάσταση του state=1 (να θυμίσουμε,
αντιστοιχεί σε signal_inv=signal_bat=1) με τιμή τέτοια ώστε να μην μπει στον
προηγούμενο βρόχο αλλά να έναι μεγαλύτερη από την Pav, τη διαθέσιμη ισχύ στην
κατάσταση του κυκλώματος. Εάν λοιπόν PL>Pav τότε γίνεται έλεγχος της κατάστασης
φόρτισης της μπαταρίας (SOC), εάν SOC>SOC_base=50.
Στην περίπτωση που είναι μεγαλύτερη, το state γίνεται 0, δηλαδή η μπαταρία
εκφορτίζεται με την εναπομένοντα ενέργεια με σκοπό κάλυψης του φορτίου
αποφεύγοντας να τεθεί εκτός, και ο αλγόριθμος τερματίζει. Εάν δεν είναι μεγαλύτερη,
η μπαταρία αποσυνδέεται με σήμα στον διακόπτη της, η ισχύς της μηδενίζεται (Pb=0),
το state=1 και ο αλγόριθμος τερματίζει.
88
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Στην περίπτωση που PNET >0, PL< Pdg_max+Pdc και PL<Pav, τότε γίνεται έλεγχος
αν η μπαταρία βρίσκεται εκτός ή όχι. Στην περίπτωση που βρίσκεται εκτός, έχοντας
περάσει τους προηγούμενους ελέγχους, σημαίνει οτι υπάρχει διαθέσιμη ισχύ για
κάλυψη του φορτίου και φόρτιση της μπαταρίας, το state =1 και ο αλγόριθμος
τερματίζει.
Εάν δεν βρίσκεται εκτός, και σε αυτό το σημείο περνάμε στη λειτουργία υπό
κανονικές συνθήκες γίνεται έλεγχος του state (εξέταση σε τι κατάσταση βρίσκεται το
κύκλωμα σχετικά με τα σήματα στους διακόπτες των κλάδων ελέγχου).
Εάν το state =0, τότε γίνεται ο επόμενος έλεγχος, εάν SOC>SOC_cr1=55. Στην
περίπτωση που συμβαίνει, το state παραμένει 0, και ο αλγόριθμος τερματίζει. Εάν όχι,
ερμηνεύεται ότι το SOC έχει πέσει κάτω από το όριο φόρτισης και η μπαταρία τίθεται
σε διαδικασία φόρτισης, το state γίνεται 1, και ο αλγόριθμος τερματίζει.
Εάν το state δεν είναι 0, τότε γίνεται ο επόμενος έλεγχος, εάν SOC>SOC_cr2=70.
Στην περίπτωση που συμβαίνει, το state από 1 γίνεται 0 (η μπαταρία έχει φτάσει στο
ανώτερο όριο φόρτισης), και ο αλγόριθμος τερματίζει. Εάν δεν συμβαίνει η παραπάνω
προϋπόθεση, το state παραμένει 1 (συνεχίζει η μπαταρία να φορτίζει έως το ανώτερο
όριο), και ο αλγόριθμος τερματίζει.
4.4 Περιπτώσεις και αποτελέσματα προσομοίωσης
Στην ενότητα αυτή παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων του
πειράματος. Έγινε προσπάθεια μελέτης και εξέτασης όλων των πιθανών περιπτώσεων
τόσο σε κανονικές συνθήκες λειτουργίας, όσο και ακραίων περιπτώσεων πέραν της
διαστασιολόγησης του κυκλώματος. Επιπλέων, προσπαθήσαμε η κάθε περίπτωση να
περιέχει αρκετές αλλαγές και μεταβάσεις του τρόπου λειτουργίας του κυκλώματος, με
σκοπό την πλήρη περιγραφή των σεναρίων του αλγόριθμου σε λίγες προσομοιώσεις.
Γενικό σχόλιο για τα διαγράμματα:
Όσο αφορά τα διαγράμματα που θα ακολουθήσουν, πρέπει να αναφέρουμε ότι
κατά το 1ο δευτερόλεπτο των προσομοιώσεων, το κύκλωμα βρίσκεται σε κατάσταση με
state=0. Παρ’όλα αυτά όμως η κάλυψη της ισχύος των φορτία και της λειτουργίας του
κυκλώματος γίνεται από τη γεννήτρια.
Αυτό οφείλεται στον απαιτούμενο χρόνο για αρχικοποίηση των τιμών
(initialization), και του τρόπου επικοινωνίας μεταξύ του κυκλώματος και του
συστήματος πρακτόρων, με 1 δευτερόλεπτο χρονοκαθυστέρηση για έναρξη του
συστήματος. Λόγω του φαινομένου αυτού μάλιστα, παρατηρούνται κάποια μεταβατικά
στο πέρασμα από το 1ο στο 2ο (sec) στο ζυγό ac τάσης, λόγω της ξαφνικής, αλλαγής
αρκετών kW, πριν ξεκινήσει ο έλεγχος (με κυρία επίδραση στη συχνότητα και την
τάση της ac πλευράς καθώς εκεί συνδέεται η γεννήτρια). Για πρακτικούς λόγους λοιπόν
89
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
θα αγνοήσουμε στο εξής το μεταβατικό αυτό και θα εστιάσουμε στα αποτελέσματα των
προσομοιώσων από το 2ο δευτερόλεπτο και μετά.
Το σύστημα άλλωστε είναι σχεδιασμένο έτσι ώστε η συμμετοχή της γεννήτριας να
είναι η ελάχιστη και μόνο όταν είναι απαραίτητο. Δηλαδή η κάλυψη του φορτίου
γίνεται κυρίως από τις ΑΠΕ ή συνδυασμό ΑΠΕ – μπαταρίας, για κανονική λειτουργία.

Εισαγωγή στο σύστημα μεταβλητού προφίλ ανέμου και ακτινοβολίας:
Φορτίο 5 kW (3 kW crucial ,2kW non crucial), αρχικό SOC =85 (την dc τάση την
κρατάει ο έλεγχος της μπαταρίας, την ac ο έλεγχος του inverter μέσω της ροής ισχύος–
state=0). Στο Φ/Β και στην Α/Γ εισάγονται χρονοσειρές με μεταβλητές τιμές εισόδου,
προσομοιώνοντας ένα απρόβλεπτο προφίλ ακτινοβολίας και ανέμου. Οι ισχείς εξόδου
από τις πηγές ποικίλλουν και αντίστοιχα το ίδιο και η κατάσταση φόρτισης εκφόρτισης
της μπαταρίας.
Εικόνα 4.4.1 Τάση, ρεύμα και SOC μπαταρίας .
90
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.4.2 Τάση στον dc bus .
Εικόνα 4.4.3 Ισχείς : Φωτοβολταϊκού, Ανεμογεννήτριας, Μπαταρίας .
91
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.4.4 Συχνότητα στον ac bus.
Εικόνα 4.4.5 Τάση στον ac bus.
92
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.4.6 Κυματομορφές γεννήτριας .
Εικόνα 4.4.7 Ισχύς Κρίσιμου Φορτίου.
93
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.4.8 Ισχύς Μη Κρίσιμου Φορτίου
Από τις παραπάνω εικόνες παρατηρούμε ότι κατά τη χρονική διάρκεια της
προσομοίωσης τα φορτία καλύπτονται κυρίως από συνδυασμό ΑΠΕ και μπαταρίας,
ενώ η κατάσταση των διακοπτών ελέγχου παραμένει αμετάβλητη (δηλαδή state=0).
Αγνοώντας το μεταβατικό κατά το πέρασμα του 1ου δευτερολέπτου (εικόνες 4.4.4,
4.4.5, εξηγείται παραπάνω) παρατηρούμε την πολύ καλή αντίδραση και απόδοση του
κυκλώματος παρά τις μεταβαλλόμενες ισχείς εισόδου των πηγών. Έτσι τόσο η τάση
στη dc πλευρά όσο και η τάση και η συχνότητα στην πλευρά της εναλλασσόμενης
τάσης παραμένουν σταθερές και ταυτίζονται με τις αναφορές τους.

Λειτουργία κυκλώματος με αλλαγή στη κατάσταση φόρτισης της
μπαταρίας :
Άνεμος 6m/s ,ακτινοβολία 500 w/m2 ,φορτίο 3 kW (2 kW crucial ,1kW non
crucial), αρχικό SOC =60 (την dc τάση την κρατάει ο έλεγχος της μπαταρίας, την ac ο
έλεγχος του inverter μέσω της ροής ισχύος– state=0).Η μπαταρία εκφορτίζεται
καλύπτοντας το φορτίο έως ότου εισαχθεί το Φ/Β και η Α/Γ . Το Φ/Β και η Α/Γ πλέον
καλύπτουν το φορτίο και η μπαταρία φορτίζεται με την περίσσεια ισχύ (η κατάσταση
ελέγχου παραμένει αμετάβλητη, state=0).
94
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.4.9 Τάση, ρεύμα και SOC μπαταρίας .
Εικόνα 4.4.10 Τάση στον dc bus .
95
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.4.11 Ισχείς : Φωτοβολταϊκού, Ανεμογεννήτριας, Μπαταρίας .
Εικόνα 4.4.12 Συχνότητα στον ac bus.
96
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.4.13 Κυματομορφές γεννήτριας .
Εικόνα 4.4.14 Ισχύς Κρίσιμου Φορτίου.
97
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.4.15 Ισχύς Μη Κρίσιμου Φορτίου.
Εικόνα 4.4.16 Τάση στον ac bus.
Από τις παραπάνω εικόνες παρατηρούμε ότι το σύστημα ανταπεξέρχεται με
επιτυχία, κρατώντας σταθερή την τάση στον dc bus και στον ζυγό εναλλασσόμενης
τάσης. Ο σωστός σχεδιασμός του ελέγχου επιβεβαιώνεται και στη διατήρηση της
συχνότητας του κυκλώματος. Στην εικόνα 4.4.3, στο διάγραμμα της μπαταρίας, θετική
ισχύς αντιστοιχεί σε παροχή ισχύος από την μπαταρία, ενώ αρνητική σε λειτουργία
φόρτισης της μπαταρίας. Κάποιες αιχμές στα διαγράμματα των φορτίων και της τάσης,
ερμηνεύονται σύμφωνα με το σχόλιο στην αρχή της ενότητας, καθώς και με τις
θεωρήσεις και συμβάσεις του average model που χρησιμοποιήθηκε στην εργασία.
98
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ

Μελέτη περίπτωσης με το επίπεδο φόρτισης της μπαταρία να πέφτει κάτω
του ορίου που τη θέτει σε διαδικασία φόρτισης:
Άνεμος 6m/s ,ακτινοβολία 500 w/m2 ,φορτίο 3 kW (2 kW crucial ,1kW non
crucial), αρχικά SOC=55,0001 διακόπτες μπαταρίας και inverter=0 (την dc τάση την
κρατάει ο έλεγχος της μπαταρίας, την ac ο έλεγχος του inverter μέσω της ροής ισχύος–
state=0). Η μπαταρία σε κατάσταση αποφόρτισης, παρέχει το υπόλοιπο της ισχύος για
την κάλυψη του φορτίου έως ότου το soc<55 όπου οι διακόπτες αλλάζουν και πλέον
την τάση την κρατάει ο inverter ενώ η μπαταρία με εντολή ρεύματος μπαίνει σε
κατάσταση φόρτισης (μέχρι SOC>70).Στο 3ο δευτερόλεπτο μπαίνει το Φ/Β και
παράγει (σε συνδυασμό με την ανεμογεννήτρια) περισσότερη ισχύ από την
απαιτούμενη του φορτίου (PNET<0), με αποτέλεσμα οι διακόπτες να αλλάζουν πάλι
κατάσταση. Ο έλεγχος της μπαταρίας κρατάει ξανά την dc τάση στο ζυγό και
φορτίζεται με την περίσσεια ισχύ του κυκλώματος.
Εικόνα 4.4.17.α Τάση, ρεύμα και SOC μπαταρίας .
99
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.4.17.α Εστίαση στο SOC μπαταρίας
Εικόνα 4.4.18 Ισχείς : Φωτοβολταϊκού, Ανεμογεννήτριας, Μπαταρίας .
100
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.4.19 Τάση στον dc bus .
Εικόνα 4.4.20 Συχνότητα στον ac bus.
101
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.4.21 Κυματομορφές γεννήτριας .
Εικόνα 4.4.22 Ισχύς Κρίσιμου Φορτίου.
102
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.4.23 Ισχύς Μη Κρίσιμου Φορτίου.
Εικόνα 4.4.24 Τάση στον ac bus.
Το ίδιο ικανοποιητικά είναι τα αποτελέσματα και σε αυτή την περίπτωση
λειτουργίας. Το σύστημα φαίνεται να λειτουργεί και να αντιδρά στα σήματα, όπως έχει
σχεδιαστεί και μοντελοποιηθεί. Αξίζει να αναφερθεί ότι σε μερικές εικόνες όπως οι
4.4.9 και 4.4.13 εστιάσαμε στη χρονική περίοδο που γίνονται οι μεταβολές της
προσομοίωσης, με σκοπό να φανούν καλύτερα τα αποτελέσματα. Ιδιαίτερα στην
4.4.17.α απομονώσαμε το επίπεδο φόρτισης της μπαταρίας, με σκοπό να φανεί η
πτώση κάτω από το επίπεδο που τη θέτει σε κατάσταση φόρτισης από τη γεννήτρια.
103
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ

Ανάλυση κυκλώματος με τη μπαταρία να ξεπερνά το επίπεδο φόρτισης
πέραν του οποίου παύει να φορτίζεται από τη γεννήτρια:
Άνεμος 6m/s , ακτινοβολία 500 w/m2 , φορτίο 3 kW (2kW crucial ,1kW non
crucial), αρχικά SOC=69.999, κατάσταση από διακόπτες μπαταρίας και inverter=1
(την dc τάση την κρατάει ο inverter, την ac ο έλεγχος της γεννήτριας– state=1). Η
μπαταρία με εντολή ρεύματος μπαίνει σε κατάσταση φόρτισης έως ότου το SOC>70,
όπου οι διακόπτες αλλάζουν. Πλέον την dc τάση την κρατάει ο έλεγχος της μπαταρίας,
την ac ο έλεγχος του inverter μέσω της ροής ισχύος– state=0, (αυτό γίνεται στο 2ο
δευτερόλεπτο). Η μπαταρία αρχίζει να εκφορτίζεται και είναι αυτή που καλύπτει το
φορτίο. Στο 3ο δευτερόλεπτο μπαίνει το Φ/Β και παράγει (σε συνδυασμό με την
ανεμογεννήτρια) περισσότερη ισχύ από την απαιτούμενη του φορτίου (PNET<0), οι
διακόπτες ελέγχου δεν αλλάζουν κατάσταση (state=0) και η μπαταρία φορτίζεται με
την περίσσεια ισχύ του κυκλώματος.
Εικόνα 4.4.25 Τάση, ρεύμα και SOC μπαταρίας .
104
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.4.26 Τάση στον dc bus .
Εικόνα 4.4.27 Ισχείς : Φωτοβολταϊκού, Ανεμογεννήτριας, Μπαταρίας .
105
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.4.28 Συχνότητα στον ac bus.
Εικόνα 4.4.29 Κυματομορφές γεννήτριας .
106
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.4.30 Ισχύς Κρίσιμου Φορτίου.
Εικόνα 4.4.31 Ισχύς Μη Κρίσιμου Φορτίου.
107
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.4.32 Τάση στον ac bus.
Όπως παραπάνω έτσι και σε αυτή την περίπτωση, παρατηρούμε το κύκλωμα να
οδεύει όπως έχει σχεδιαστεί, αντιδρώντας άμεσα στα σήματα ελέγχου των πρακτόρων
και στις αλλαγές ροής ισχύος του παραδείγματος. Αγνοώντας στη μετάβαση από το
πρώτο στο δεύτερο δευτερόλεπτο, τη μικρή μεταβολή της συχνότητας. Αυτό
δικαιολογείται από την στιγμιαία μεταβολή της ισχύς της γεννήτριας, και το άλμα
ύψους 4kW. Παρ’όλα αυτά η συχνότητα δεν μεταβαίνει σε μεγάλη υπερύψωση ενώ
επανέρχεται πολύ γρήγορα και ταυτίζεται με τα 50Hz. Πρέπει να αναφέρουμε ότι στη
μελέτη ενός αυτόνομου συστήματος το άλματα ύψους αρκετών kW έχουν μεγαλύτερες
επιπτώσεις στην ισορροπία του κυκλώματος (δεν μπορούν να θεωρηθούν αμελητέες
ποσότητες), γι’ αυτό και υπάρχει μεγαλύτερη ανεκτικότητα στα όρια υπερύψωσης και
βύθισης.

Λειτουργία του μικροδικτύου όταν η μπαταρία ξεπερνά το ανώτερο όριο
φόρτισης:
Άνεμος 6m/s ,ακτινοβολία 750 w/m2 ,φορτίο 3 kW (2 kW crucial, 1kW non
crucial), αρχικά SOC=99.89, κατάσταση από διακόπτες μπαταρίας και inverter=0 ,
(την dc τάση την κρατάει ο έλεγχος της μπαταρίας, την ac ο έλεγχος του inverter μέσω
της ροής ισχύος– state=0). Η μπαταρία αρχίζει να εκφορτίζεται και είναι αυτή που
καλύπτει το φορτίο. Στο 3ο δευτερόλεπτο μπαίνει το Φ/Β και παράγει (σε συνδυασμό
με την ανεμογεννήτρια) περισσότερη ισχύ από την απαιτούμενη του φορτίου
(PNET<0), Ο έλεγχος της μπαταρίας συνεχίζει να κρατάει την dc τάση στο ζυγό και
πλέων φορτίζεται με την περίσσεια ισχύ του κυκλώματος. Όταν το SOC γίνει
μεγαλύτερο του 99.9% τότε η μπαταρία παύει να φορτίζεται (προς αποφυγή
υπερφόρτισης) ενώ ενεργοποιείται το dump load που απορροφά την πλεονάζουσα ισχύ
κρατώντας με αυτόν τον τρόπο την τάση στο dc ζυγό τάσης σε επιτρεπτά όρια.
108
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.4.33 Τάση, ρεύμα και SOC μπαταρίας .
109
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.4.34 Ισχείς : Φωτοβολταϊκού, Ανεμογεννήτριας, Μπαταρίας .
Εικόνα 4.4.35 Τάση στον dc bus .
110
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.4.36 Ρεύμα και τάση στον dump load .
Εικόνα 4.4.37 Κυματομορφές γεννήτριας .
111
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.4.38 Συχνότητα στον ac bus.
Εικόνα 4.4.39 Ισχύς Κρίσιμου Φορτίου.
112
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.4.40 Ισχύς Μη Κρίσιμου Φορτίου
Εικόνα 4.4.41 Τάση στον ac bus.
Στις παραπάνω εικόνες μπορούμε να διακρίνουμε τη σταθεροποίηση της τάσης τη
στιγμή που ξεπερνάει το ανώτατο όριο φόρτισης, καθώς και την ενεργοποίηση του
dump load κρατώντας την τάση στον dc bus στα στα οριοθετημένα επίπεδα σύμφωνα
με τον σχεδιασμό. Για την συχνότητα στην ac πλευρά ισχύουν οι παρατηρήσεις της
παραπάνω περίπτωσης, πέραν τις χρονικής διάρκειας των 2 πρώτων δευτερολέπτων, η
συχνότητα μένει σταθερή στα 50Hz ενώ παρατηρούμε ότι ξεπερνά πολύ γρήγορα την
υπερύψωση και ταυτίζεται στην τιμή της αναφοράς.

Εξέταση της περίπτωσης, η μπαταρία να πέφτει κάτω του επιπέδου βάσης
(αποσύνδεσης) και με το μη κρίσιμο φορτίο να τίθεται εκτός κυκλώματος:
Στη συνέχεια θα παρουσιάσουμε μερικά παραδείγματα για να δούμε πως αντιδρά
και συμπεριφέρεται το κύκλωμα πέραν των φυσιολογικών συνθηκών λειτουργίας και
με φορτία μεγαλύτερα του διαστασιολογημένου ( έως 5kW).
Άνεμος 6m/s ,ακτινοβολία 500 w/m2 ,φορτίο 7 kW (1 kW crucial ,6kW non
crucial), αρχικά SOC=50.0015, ενώ έχουμε θέσει στον κώδικα ως Pdg_max = 6000
kW. Αυτό που περιμένουμε να δούμε είναι στην αρχή η μπαταρία να βρίσκεται σε
κατάσταση αποφόρτισης μιας και Pl>Pav (οι ΑΠΕ δεν ενισχύουν με ενέργεια το
κύκλωμα κατά τα πρώτα δευτερόλεπτα), ενώ μόλις πέσει κάτω από το κατώφλι των 50
% του SOC, τότε το Pl>Pdg_max+Pdc , και το Pno_cr τίθεται εκτός. Στον επόμενο
κύκλο του κώδικα το Pl<Pdg_max+Pdc, Pl<Pav πλέων, οπότε η μπαταρία
επανασυνδέεται και μπαίνει σε κατάσταση φόρτισης από την γεννήτρια. Αυτό γίνεται
από το 2ο έως και το 3ο δευτερόλεπτο, διάστημα κατά το οποίο η τάση στο dc bus
κρατιέται από τον inverter (state=1). Στο 3ο δευτερόλεπτο εισάγονται στο κύκλωμα οι
ΑΠΕ με δυνατότητα κάλυψης του φορτίου (μόνο το Pcr το άλλο έχει αποσυνδεθεί και
113
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
το Pl=1kW) οπότε πλέων είναι αυτές που φορτίζουν με την περίσσεια ισχύ την
μπαταρία ενώ η τάση στο dc bus αλλάζει για άλλη μια φορά έλεγχο και επιβλέπεται
από το κύκλωμα της μπαταρία (state=0).
Εικόνα 4.4.42.α Τάση, ρεύμα και SOC μπαταρίας .
Εικόνα 4.4.42.β Εστίαση στο SOC της μπαταρίας.
Εικόνα 4.4.43 Τάση στον dc bus
114
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.4.44 Διακόπτης μπαταρίας
Εικόνα 4.4.45 Κυματομορφές γεννήτριας .
115
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.4.46 Διακόπτης στη μονάδα ελέγχου της μπαταρίας (converter/charger) .
Εικόνα 4.4.47 Συχνότητα στον ac bus.
Εικόνα 4.4.48 Τάση στον ac bus.
116
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.4.49 Κυματομορφές γεννήτριας .
Εικόνα 4.4.50 Ισχύς Κρίσιμου Φορτίου.
Εικόνα 4.4.51 Ισχύς Μη Κρίσιμου Φορτίου.
117
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.4.52 Διακόπτης κατάστασης Μη Κρίσιμου Φορτίου.
Στα παραπάνω διαγράμματα παρουσιάζεται μια σύνθετη περίπτωση με αρκετές
εναλλαγές στον έλεγχο. Αξιοσημείωτο είναι η ταχύτητα με την οποία γίνεται ο έλεγχος
σχετικά με τη συνδεσιμότητα της μπαταρίας και του φορτίου που τίθεται τελικά εκτός
(εικόνα 4.4.36).
Επίσης μπορούμε να παρακολουθήσουμε τον διακόπτη στην μονάδα ελέγχου στην
πλευρά της μπαταρίας και να καταλάβουμε τη σειρά εναλλαγής των σημάτων (πως
αλλάζει το state). Αντιστοιχα συμπεριφέρεται και ο διακόπτης του inverter.
Στην εικόνα 4.4.42.β εστιάσαμε στο επίπεδο φόρτισης της μπαταρίας. Στο
δίαγραμμα είναι ορατό το σημείο όπου το SOC της μπαταρίας πέφτει κάτω από το
επίπεδο αποσύνδεσης.
Τελος παρατηρούμε τη σταθεροποίηση της τάσης στην ac πλευρά, ενώ η
διακύμανση της συχνότητας στο διάστημα του 1ου με 2ου δευτερολέπτου οφείλεται
στην απότομη μεταβολή ισχύος της τάξεως των 7kW περίπου. Συμπεραίνουμε τελικά
ότι το συστημα και σε αυτή την περίπτωση αντιδρά σωστά και γρήγορα.

Λειτουργία συστήματος με τη μπαταρία να πέφτει κάτω του επιπέδου
βάσης (αποσύνδεσης) και με το μη κρίσιμο φορτίο να τίθεται εκτός
κυκλώματος (διαφορετική από την προηγούμενη):
Άνεμος 6m/s, ακτινοβολία 500 w/m2, φορτίο 7 kW (6kW crucial ,1kW non
crucial), αρχικά SOC=50,0015 κατάσταση από διακόπτες μπαταρίας και inverter=0
(την dc τάση την κρατάει ο έλεγχος της μπαταρίας, την ac ο έλεγχος του inverter μέσω
της ροής ισχύος– state=0), ενώ έχουμε θέσει στον κώδικα ως Pdg_max = 6000 kW.
Αυτό που περιμένουμε να δούμε είναι στην αρχή η μπαταρία να βρίσκεται σε
κατάσταση αποφόρτισης μιας και Pl>Pav (οι ΑΠΕ δεν ενισχύουν με ενέργεια το
κύκλωμα κατά τα πρώτα δευτερόλεπτα), ενώ μόλις πέσει κάτω από το κατώφλι των
50% του SOC, η μπαταρία αποσυνδέεται (Pb=0), 2ο δευτερόλεπτο. Τότε το
118
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Pl>Pdg_max+Pdc, και το Pno_cr τίθεται εκτός. Στον επόμενο κύκλο του κώδικα το
Pl<=Pdg_max+Pdc πλέων, όμως Pl>Pav και επειδή SOC<50 , το state=1 και η
μπαταρία παραμένει εκτός. Αυτό συμβαίνει μέχρι το 3ο δευτερόλεπτο, χρονική στιγμή
που μπαίνει το Φ/Β (σε συνδυασμό με την Α/Γ, εισάγεται λίγο μετά). Πλέων Pnet>0,
Pl<=Pdg_max+Pdc, και Pl<=Pav, οπότε υπάρχει διαθέσιμη ισχύ φόρτισης της
μπαταρίας και επανασυνδέεται, ενώ το κύκλωμα λειτουργεί με state=1, μιας και η
παραγόμενη ισχύ από τις ΑΠΕ δεν αρκεί για να υπερκαλύψει το φορτίο των 6Kw.
Εικόνα 4.4.53 Τάση, ρεύμα και SOC μπαταρίας .
119
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.4.54 Ισχείς : Φωτοβολταϊκού, Ανεμογεννήτριας, Μπαταρίας .
Εικόνα 4.4.55 Τάση στον dc bus .
120
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.4.56 Διακόπτης μπαταρίας
Εικόνα 4.4.57 Διακόπτης στη μονάδα ελέγχου της μπαταρίας (converter/charger) .
Εικόνα 4.4.58 Συχνότητα στον ac bus.
121
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.4.59 Κυματομορφές γεννήτριας .
Εικόνα 4.4.60 Τάση στον ac bus.
122
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Εικόνα 4.4.61 Διακόπτης κατάστασης Μη Κρίσιμου Φορτίου.
Εικόνα 4.4.62 Ισχύς Κρίσιμου Φορτίου.
Εικόνα 4.4.63 Ισχύς Μη Κρίσιμου Φορτίου.
123
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Άλλη μια περίπτωση που μπορούμε να την κατατάξουμε σε αυτές των μη
φυσιολογικών συνθηκών. Προσομοιώνουμε λοιπόν μια περίπτωση ανεξήγητης
αύξησης φορτίου (είναι μεγαλύτερο από το ονομαστικό μέγιστο του Η/Ζ στο
παράδειγμα). Ισχύει άλλωστε όπως φαίνεται τόσο εδώ όσο και στις προηγούμενες
προσομοιώσεις ότι προσπαθούμε να παρουσιάσουμε τις περιπτώσεις με αλλαγές στους
διακόπτες, αποσυνδέσεις μονάδων και μεταβάσεων φορτίου, για να εξετάσουμε τη
συμπεριφορά του συστήματος σε περισσότερο απαιτητικές συνθήκες. Το σύστημα
όπως έχει αποδειχθεί λειτουργεί ικανοποιητικά στην ομαλή και εύρυθμη λειτουργία.
Έτσι παραπάνω, παρατηρούμε τη σύνδεση /αποσύνδεση της μπαταρίας, το
¨κόψιμο¨ του μη κρίσιμου φορτίου, ενώ όποιες διακυμάνσεις υπάρχουν εμφανίζονται
για δύο δευτερόλεπτα, τη στιγμή των αλμάτων ισχύος με τιμή περίπου 7.5 kW στο
κύκλωμα, αρκετά και υπολογίσιμα για την εγκατάσταση. Τέλος οι τάσεις παραμένουν
σταθερές στην επιθυμητή τιμή, και οι αιχμές που εμφανίζονται στην ac πλευρά
οφείλονται στις αλλαγές των διακοπτών. Φαινόμενο όμως που δεν το λαμβάνουμε
σοβαρά υπόψη κάνοντας χρήση του average model στην εργασία.
124
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ
5.1 Σύνοψη και Συμπεράσματα
Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε ένα αυτόνομο υβριδικό σύστημα
παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με στόχο τη διαχείριση ενέργειας με έλεγχο ροής
ισχύος σε πραγματικό χρόνο για αδιάλειπτη λειτουργία. Είναι γνωστό ότι η
εγκατάσταση ενός αυτόνομου συστήματος με κύριες πηγές μονάδες ΑΠΕ, εισάγει
δυσκολίες και περιορισμούς, λόγω του στοχαστικού χαρακτήρα των ΑΠΕ. Η λύση που
εφαρμόστηκε στην εργασία για αντιμετώπιση του προβλήματος, είναι η συνεργασία
μέσω σημάτων εντολών ενός συστήματος πολλαπλών πρακτόρων και μικροδικτύου
για τη δημιουργία σταθερού συστήματος.
Μελετήσαμε τα πλεονεκτήματα χρήσης των συστημάτων πολλαπλών πρακτόρων
και παρατηρήσαμε τη σημαντικότητα και την εγγύτητα της μεθόδου ελέγχου (MAS)
που επιλέξαμε στο εξεταζόμενο πρόβλημα. Κάποια από τα βασικά χαρακτηριστικά
των πρακτόρων στα οποία βασίστηκε η δόμηση του συστήματος, είναι η γρήγορη
αντίδραση στα ερεθίσματα και η προσαρμοστικότητα στις νέες συνθήκες,
προσφέροντας αποκεντροποιημένο έλεγχο και δυνατότητα εύκολης επεκτασιμότητας.
Παρουσιάσαμε τα βήματα σχεδιασμού των υπομονάδων, που διαμορφώθηκαν σε
περιβάλλον Matlab, καθώς και τον τρόπο συγκρότησης και συνδυασμού τους προς
σχηματισμό του τελικού ολοκληρωμένου κυκλώματος. Επίσης με τη χρήση PI
ελεγκτών καταφέραμε να σχεδιάσουμε μια στρατηγική ελέγχου σταθεροποίησης των
τάσεων στους ζυγούς των δύο πλευρών και της συχνότητας στην πλευρά
εναλλασσόμενης τάσης.
Στο τελικό κύκλωμα πραγματοποιήθηκε η προσέγγιση ενός average μοντέλου
βασιζόμενο στη Αρχή Διατήρηση της Ισχύος. Με κριτήριο το ενεργειακό ισοζύγιο του
συστήματος, διαπιστώσαμε την απλοποίηση του κυκλώματος και την ευελιξία
γρήγορων προσομοιώσεων.
Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στην επίτευξη ελέγχου σε πραγματικό χρόνο με
αξιόπιστη κάλυψη των φορτίων και στην αδιάλειπτη λειτουργία σε αυτόνομη
κατάσταση. Επιπλέων στη στρατηγική που αναπτύχθηκε, αξιολογήθηκε η διείσδυση
των ΑΠΕ και η διάρκεια ζωής του συσσωρευτή.
125
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
Βασιζόμενοι στα κριτήρια και στις μεθόδους αυτές, δομήσαμε και υλοποιήσαμε
έναν αλγόριθμο ελέγχου εύρυθμης και αδιάλειπτης λειτουργίας, με τον οποίο
προγραμματίσαμε τους πράκτορες. Έχοντας εξασφαλίσει τη συνεργασία και τη
διαλειτουργικότητα μεταξύ του συστήματος πρακτόρων και μικροδικτύου, προβήκαμε
στην κάλυψη, σε μεγάλο βαθμό, των πιθανών περιπτώσεων λειτουργίας.
Παρατηρώντας τα αποτελέσματα συγκρίναμε τη συμπεριφορά και αντίδραση του
συστήματος αναφορικά με τις επιθυμητές τιμές και ενέργειες.
Από τα αποτελέσματα συμπεραίνεται πως το σύστημα που αναπτύχθηκε και η
στρατηγική ελέγχου που εφαρμόστηκε επιδεικνύουν καλή απόκριση για τα χρονικά
διαστήματα προσομοίωσης.
126
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ – ΑΝΑΦΟΡΕΣ
[1] Α. Νέρης, Σ. Τσελεπής, Χ. Πρωτογερόπουλος, Ι. Νικολετάτος ”Πειραματική
διάταξη για τη προσομοίωση λειτουργίας μικροδικτύων από ανανεώσιμες πηγές
ενέργειας”. Στα Πρακτικά της ι-ημερίδας “Ηλεκτρονικά Ισχύος, συστήματα ηλεκτρικής
κίνησης και βιομηχανικές εφαρμογές”, Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδος, Αθήνα, 5 -6
Απριλίου 2006.
[2]Ε.Βρεττός ‘’ Ενεργειακή Προσομοίωση και Βέλτιστη Διαστασιολόγηση Υβριδικού
Συστήματος ΑΠΕ – Συσσωρευτών – Υδρογόνου’’,Αθήνα Φεβρουάριος 2010.
[3] Th.Logenthiran,D.Srinivasan,A.Khambadkone,H.N.Aung,”Multiagent System for
Real-Time Operation of a Microgrid in Real-Time Digital Simulator”, IEEE Trans.
Smart Grid, vol 3,no 2,pp 925-933,June 2012
[4]www.researchgate.net
[5]www.technopedia.com
[6] McArthur, S.D.J., Davidson, E.M., Catterson, V.M., Dimeas, A.L.,Hatziargyriou,
N.D.,Ponci, F. and Funabashi, T., “Multi-Agent Systems for Power Engineering
Applications— Part I: Concepts, Approaches, and Technical Challenges”, IEEE
Transaction on Power Systems, Vol.22, Issue 4, pp. 1743 – 1752, Nov. 2007
[7] M. Wooldridge, , G. Weiss, Ed., “Intelligent Agents,” in Multi-agent Systems.
Cambridge, MA: MIT Press, Apr. 1999, pp. 3–51.
[8] S. Russell and P. Norvig, Artificial Intelligence: A Modern Approach. Englewood
Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1995.
[9]Foundation for Intelligent Physical Agents (FIPA), FIPA Agent Communication
Language Representation Specification, 2002. [Online].Available: http://www.fipa.org
[10] S. D. J. McArthur, E. M. Davidson, V. M. Catterson, A. L. Dimeas, N.D.
Hatziargyriou, F. Ponci and T. Funabashi, "Multi-Agent Systems for Power
Engineering Applications—Part II: Technologies, Standards, and Tools for Building
Multi-agent Systems," IEEE Transactions on Power system, pp.1753-1759, 2007.
[11] ] Th.Logenthiran,D.Srinivasan,A.Khambadkone,H.N.Aung,”Agent-based
Intelligent Control For Real-time Operation of a Microgrid”, IEEE Trans. Smart Grid
[12] S. Rahman, M. Pipattanasomporn and Y. Teklu, "Intelligent Distributed
Autonomous Power System (IDAPS)," IEEE Power Engineering Society General
Meeting, pp.1-8, 2007.
127
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
[13] Java Agent Development Framework (JADE). [Online]. Available:
http://jade.cselt.it/.
[14]Ελευθ. Μάλτας «Σχεδιασμός και Ελεγχος Αυτόνομου Υβριδικού Συστήματος
Ηλεκτροπαραγωγής Τύπου Φ/Β,Α/Γ και Η/Ζ για την Οικονομικότερη Λειτουργίας
του»,Ξάνθη 2007.
[15]Κ.Καγκαράκης, Φωτοβολταική Τεχνολογία, Εκδόσεις Συμμετρία, Αθήνα 1992.
[16] Damien Paire, Marcelo G. Simoes, Jeremy Lagorse and Abdellatif Miraoui, “A
real-time sharing reference voltage for hybrid generation power system”, 978-1-42446395-4/10/$26.00 ©2010 IEEE
[17]Γ.Κωνσταντόπουλου «Ανάλυση και Έλεγχος Επαγωγικής Γεννήτριας Διπλής
Τροφοδοσίας για Συστήματα Ανεμογεννήτριας»,Πάτρα 2009.
[18]Θ.Ναλμπάντης «Σχεδιασμός Συστήματος Ελέγχου Ανεμογεννήτριας Μεταβλητών
Στροφών με Επαγωγική Γεννήτρια Διπλής Τροφοδότησης»,Θεσσαλονίκη 2013.
[19] Ήπιες Μορφές Ενέργειας, Γ. Παπαϊωάννου, H. Herr, M, Harterich, 2η Έκδοση,
Εκδόσεις ίων, 2009
[20] Ηλεκτρονικά Ισχύος, Ημιαγωγοί Διακόπτες, Μετατροπείς Ισχύος, Διατάξεις
Ελέγχου, Εφαρμογές, Ιορδάνης Κιοσκερίδης, Εκδόσεις Τζιόλα 2008
[21] Χρήστος Α. Μαδεμλής, Σερβοκινητήρια Συστήματα, Εκδόσεις Τζιόλα 2010
[22] Fernando D. Bianchi, Hernán De Battista and Ricardo J. Mantz, Wind Turbine
Control Systems,Springer.
[23]Χ.Δασκάλου «Σχεδιασμός Συστήματος Οδήγησης Φωτοβολταϊκής
Γεννήτριας»,Θεσσαλονίκη 2012.
[24] Κ. Α. Τσιφούτης, “Εφαρμογή Τεχνικής Διαμόρφωσης Διανύσματος Χώρου στην
Διασύνδεση Ανεμογεννητριών Μικρής Ισχύος στο Δίκτυο”, Θεσσαλονίκη 2011.
[25] Γ.Χασσιώτη «Εξομέιωση υβριδικού συστήματος με ανανεώσιμες πηγές
ενέργειας»,Πάτρα 2010.
[26]Μ.Μαρκάτου «Σχεδίαση αυτόνομου υβριδικού φωτοβολταϊκού
συστήματος»,Πάτρα 2011.
[27] HAISHENG CHEN et al, Progress in electrical energy storage system: A critical
review, Progress in Natural Science, Vol. 19 (2009): 291-312.
[28] MARCO SEMADENI, Storage of energy, Overview, Encyclopedia of Energy,
Vol. 5 (2004):719-738.
[29] Β. Πετρίδης, Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου, Τόμος Α, Εκδόσεις Ζήτη 2001
128
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ
[30] Lingfeng Wang (Ed.), Modeling and Control of Sustainable Power
Systems,Springer.
[31] Ali Keyhani and Muhammad Marwali (Eds.), Smart Power Grids 2011, Springer.
[32] A. Dimeas and N.D. Hatziargyriou, “Operation of a multiagent system for
microgrid control”, IEEE trans. power systems, Vol. 20, No. 3, Aug 2005. pp. 14471455.
[33] A. Dimeas and N. Hatziargyriou, “A multiAgent system for microgrids”, In Proc.
the 2004 Power Engineering Society General Meeting, Denver, Colorado, Vol. 1, 6-10
June 2004, pp. 55 – 58
[34] T. Logenthiran, D. Srinivasan and David Wong, "Multi-Agent Coordination for
DER in MicroGrid ", IEEE ICSET, pp. 77-82, 2008.
129

Διαβάστε το άρθρο

Τεύχος 50 - Λεσβιακή Παροικία

Βιογραφικό σημείωμα του Πεφάνη Ευάγγελου.

Μηχανές εσωτερικής καύσης – τετράχρονη λειτουργία (pdf)

ολοκληρωμενος σχεδιασμος και μελετη μοναδας παραγωγης

σχεδιασμος μοντελου προσομοιωσης αιολικου συστηματος σε

αριστοτελειο πανεπιστημιο θεσσαλονικης τμημα ηλεκτρολογων

Τα “παιδιά με τα μαύρα” στα διόδια και τα λιμάνια όλης

Εδώ - Kalimera File

Το Νομικό Καθεστώς των Αφαιρεθέντων Γλυπτών του Παρθενώνα

oikonomiki KANONIKH

τική - econ3

Δημουλιάς-Υπόμνημα Δραστηριότητας