doktorska disertacija
Primož Sukič (Avtor), Gorazd Štumberger (Mentor)

Povzetek

Z večanjem deleža fotonapetostnih elektrarn v elektroenergetskem omrežju se veča tudi vpliv le-teh. Fotonapetostne elektrarne lahko imajo negativen vpliv predvsem na distribucijsko omrežje. Hitri prehodi oblakov povzročajo hitre spremembe v izhodni moči fotonapetostnih elektrarn, kar lahko povzroča fluktuacije napetosti, to pa za elemente omrežja ni najbolje. Trenutno obstajata dve učinkoviti rešitvi, to sta ojačitev omrežja in vgradnja hranilnikov energije. Obe imata tudi negativno lastnost, to je zelo visoko ceno. V doktorski disertaciji je predstavljena, zasnovana in do stopnje funkcionalnega prototipa razvita rešitev, s katero se hitrih sprememb v izhodni moči fotonapetostnih elektrarn sploh ne ustvarja. Bistvo predlagane rešitve je preprečevanje nastanka hitrih sprememb v izhodni moči fotonapetostnih sistemov, zato blaženje posledic, ki je značilno za obstoječe rešitve, ni potrebno. Celoten sistem je sestavljen iz sistema za napoved prehoda oblakov, vodenja posameznih mikropretvornikov, generacije jalove moči in sistema za kompenzacijo motenj v omrežju z vodenjem polnilnice za električna vozila. Do funkcionalnega prototipa je bil razvit sistem za napoved prehodov oblakov in vodenje posameznih mikropretvornikov ter generacijo jalove moči. Sistem je bil implementiran na eksperimentalni mikro fotonapetostni elektrarni, kar je omogočilo izvedbo meritev in testiranje med obratovanjem. Predstavljeni sistem je bil simulacijsko vključen v model distribucijskega omrežja, kjer so bili analizirani vplivi vodene fotonapetostne elektrarne na nizkonapetostno distribucijsko omrežje. Prav tako je bilo simulacijsko preizkušeno aktivno sodelovanje polnilnic za električna vozila pri zmanjševanju motenj, ki jih s hitrimi spremembami izhodne moči povzročajo predvsem obstoječe fotonapetostne elektrarne. Izdelani sistem za napoved prehoda oblakov pred soncem napove, čez koliko časa bo oblak prekril sonce nad fotonapetostno elektrarno. Kamera z ustreznimi optičnimi filtri ter s procesorsko kartico ustrezno obdela zajete fotografije in napove čas prehoda oblakov. Razviti algoritem je računsko nezahteven, kar omogoča nizko cenovni izdelek. Sistem omogoča napovedi prehodov oblakov pred soncem v časovnem intervalu ene minute. To omogoča začetek programiranega zmanjševanja izhodne moči fotonapetostne elektrarne z vnaprej določenim časom pred prehodom oblaka. Izhodno moč fotonapetostne elektrarne je mogoče spreminjati z vnaprej predpisano dinamiko. Razviti sistem skoraj stopnične spremembe izhodne moči ustrezno zgladi in močno zmanjša motilne vplive na omrežje. Algoritem deluje tako pri zmanjševanju, kot tudi pri povečevanju izhodne moči. Cena razvitega sistema je nizka, na ravni enega modula fotonapetostne elektrarne in ne predstavlja bistvenega dodatnega stroška pri postavitvi fotonapetostne elektrarne za neto samozadostnost. Fotonapetostne elektrarne dodatno pomagajo omrežju, če generirajo jalovo moč skladno s potrebami omrežja. Za omogočanje omenjene funkcionalnosti je bil razvit nov algoritem za porazdelitev generacije jalove moči med posamezne mikropretvornike znotraj ene elektrarne, ki omogoča maksimalno skupno oddano delovno moč. Algoritem upošteva trenutne vrednosti delovne moči posameznih mikropretvornikov in karakteristiko izkoristkov. V omrežjih, kjer prihaja v kratkem času do velikih sprememb v napetosti, lahko te spremembe omilijo polnilnice za električna vozila. Simulacijsko je pokazano, da se lahko z začasnim prilagajanjem polnilne moči polnilnice vpliva na spreminjanje napetostnega profila omrežja. Predlagana rešitev med prehodnim pojavom z veliko spremembo moči v omrežju polnilno moč začasno zniža in potem postopoma poveča. Celoten sistem za napoved prehoda oblakov pred soncem, z vključenim vodenjem mikropretvornikov je bil preizkušen na eksperimentalni fotonapetostni elektrarni v mikro omrežju Laboratorija za energetiko UM FERI. Rezultati meritev kažejo, da izdelan sistem izpolnjuje zadane zahteve.

Ključne besede

sončne fotonapetostne elektrarne;fotonapetostne elektrarne;napoved prehoda oblakov;strojni vid;glajenje izhodne moči;prepoznava oblakov;doktorske disertacije;

Podatki

Jezik: Slovenski jezik
Leto izida:
Tipologija: 2.08 - Doktorska disertacija
Organizacija: UM FERI - Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko
Založnik: [P. Sukič]
UDK: 621.311.243:621.383.51(043.3)
COBISS: 21233174 Povezava se bo odprla v novem oknu
Št. ogledov: 1157
Št. prenosov: 241
Ocena: 0 (0 glasov)
Metapodatki: JSON JSON-RDF JSON-LD TURTLE N-TRIPLES XML RDFA MICRODATA DC-XML DC-RDF RDF

Ostali podatki

Sekundarni jezik: Angleški jezik
Sekundarni naslov: PV systems as controlled active elements of distribution networks
Sekundarni povzetek: By increasing the share of photovoltaic power plants in the electricity network, the impact thereof increases as well. Photovoltaic power plants may have a negative impact, primarily on the distribution network. Rapid transitions of clouds cause rapid changes in the output power of photovoltaic power plants, which can cause fluctuations in the voltage, which is not the best for network elements. Currently, there are two effective solutions, namely network reinforcement and the installation of energy storage devices. Both have a negative feature, which is a very high price. The doctoral dissertation presents, designs and develops, up to the level of a functional prototype, a solution that does not produce rapid changes in the output power of photovoltaic power plant. The essence of the proposed solution is to prevent the emergence of rapid changes in the output power of photovoltaic systems, and therefore the mitigation of the consequences, which is typical for existing solutions, is not necessary. The entire system consists of a cloud forecasting system, managing individual micro inverters, reactive power generation, and a car charging station to compensate for disturbances. A functional prototype of the system for cloud passing forecasting, managing individual micro inverters and generation of reactive power has been developed. The system was tested on an experimental photovoltaic power plant, equipped with a data acquisition system which provided the results of the measurements. The presented system was simulated in the scope of a distribution network model in order to evaluate the impacts of the photovoltaic power plant operation on a low voltage distribution network. Simultaneously, active participation of car charging stations in the mitigation of transients caused by photovoltaic power plants was tested. A cloud passing forecasting system prototype that provides information on when the cloud will cover the sun was built. The camera with appropriate optical filters and with a processor card appropriately processes the captured photos and makes forecasts of cloud passing. The built-in algorithm is computationally unproblematic, which enables low-cost production. The system allows predictions of cloud passing within one minute so that it can start a specific time before the passage of the cloud gradually reduce the output power of the photovoltaic power plant. Instead of a step change in the output power, a programed change predefined time constant in output power is achieved. An algorithm for managing such a power plant is designed so that it does not cause interference to the network. The algorithm ensures that all transients have entered the desired time constant upon arrival of the cloud and when the cloud moves away, the photovoltaic power plant does not cause rapid changes in the output power. The system is low cost and does not represent a significant additional cost for the installation of a photovoltaic power plant for net self-sufficiency. Photovoltaic power plants can additionally help the network by participating in the generation of reactive power according to the needs of the network. The dissertation presents an algorithm for the distribution of reactive power among individual micro inverters within one power plant so that the total output active power is maximized. The algorithm takes into account the current values of the working power of the individual microwaves and the efficiency characteristic. In networks where major voltage changes occur in a short period, car filling stations can be of a further assistance. It has been simulated in the dissertation that, by temporarily adjusting charging power, the car filling station has a positive influence on the voltage profile of the low voltage distribution network. During transients it temporarily decreases and then gradually increases the charging power.
Sekundarne ključne besede: photovoltaic power plants;cloud forecasting system;mechanical vision;output power;recognizes clouds;Sončne elektrarne;Disertacije;Zmogljivost;Elektroenergetska omrežja;
URN: URN:SI:UM:
Vrsta dela (COBISS): Doktorsko delo/naloga
Komentar na gradivo: Univ. v Mariboru, Fak. za elektrotehniko, računalništvo in informatiko
Strani: [XI], 164 str.
ID: 10904858