Αρμονικές φωτοβολταϊκού συστήματος συνδεδεμένου στο δίκτυο: μια νέα μέθοδος ανάλυσης της ισχύος παρουσία αρμονικών

Abstract

In this thesis models for the individual components of a grid connected photovoltaic system are developed as well as methods that increase the simulation speed. The sensitivity of the harmonic distortion of voltages and currents to variations in system parameters is investigated. Next a novel model for the energy flow in circuits with nonsinusoidal waveforms is presented. This model provides a mathematical description through the power multivector which bridges the gap between the instantaneous and apparent power like the complex power does under sinusoidal conditions. The model also provides a physical interpretation of all power components which is accompanied by an equivalent circuit. Next the optimal sizing of shunt passive single-tuned filters is examined. Harmonic current sources are taken into account as well as background voltage harmonic distortion. Through an analytical approach closed form expressions are derived for simple cases. Moreover, the general case of this problem is formulated and solved using Genetic Algorithms. The potentialities of these filters are investigated for various current and voltage harmonic levels.

Στην παρούσα διατριβή αναπτύσσονται μοντέλα για τις επιμέρους μονάδες φωτοβολταϊκου συστήματος συνδεδεμένου στο δίκτυο και μέθοδοι που αυξάνουν την ταχύτητα εξομοίωσης. Διερευνάται η ευαισθησία της αρμονικής παραμόρφωσης τάσεων και ρευμάτων σε μεταβολές παραμέτρων του συστήματος. Στη συνέχεια παρουσιάζεται ένα νέο μοντέλο για τη ροη ενέργειας σε κυκλώματα με μη ημιτονοειδείς κυματομορφές. Το μοντέλο παρέχει μαθηματική περιγραφή μέσω του πολυδιανύσματος της ισχύος το οποίο γεφυρώνει το χάσμα μεταξύ στιγμιαίας και φαινόμενης ισχύος όπως η μιγαδική ισχύς υπό ημιτονοειδείς συνθήκες. Το μοντέλο παρέχει και φυσική ερμηνεία όλων των συνιστωσών ισχύος η οποία συνοδεύεται από ισοδύναμο κύκλωμα. Ακολούθως εξετάζεται η επιλογή του βέλτιστου μεγέθους παθητικών φίλτρων με παράλληλους συντονιζόμενους κλάδους. Λαμβάνονται υπόψη πηγές αρμονικών ρευμάτων καθώς και προϋπάρχουσα αρμονική παραμόρφωση της τάσης. Μέσω αναλυτικής μεθόδου προκύπτουν εκφράσεις κλειστής μορφής για απλές περιπτώσεις. Επίσης διαμορφώνεται η γενικότερη περίπτωση του προβλήματος και αντιμετωπίζεται με Γενετικούς Αλγορίθμους. Για διάφορα επίπεδα αρμονικών ρεύματος και τάσης γίνεται διερεύνηση των δυνατοτήτων των φίλτρων αυτών.