Tytuł pozycji:
Integracja rozproszonych źródeł energii w mikrosieci prądu stałego
Przedmiotem niniejszej rozprawy jest zagadnienie wytwarzania energii elektrycznej w małych systemach elektroenergetycznych, zwanych mikrosieciami. Celem rozprawy jest przedstawienie koncepcji wytwarzania w pewnym niewielkim obszarze, np. gminy, wsi, małego miasta, prawie wyłącznie z pierwotnych nośników energii dostępnych w tym obszarze, głównie odnawialnych. Autor skupia się na problemie projektowania i modelowania komputerowego mikrosieci prądu stałego. Prawidłowo zaprojektowana mikrosieć, w której wytwarzanie energii elektrycznej byłoby oparte na odnawialnych nośnikach energii pierwotnej, jest jedną z form realizacji polityki rozwoju zrównoważonego w dziedzinie elektroenergetyki. Mikrosieć jest niewielkim systemem elektroenergetycznym. Składa się z jednostek wytwórczych, odbiorów, układu sterowania oraz linii energetycznych. Linie energetyczne są najczęściej liniami niskiego napięcia, choć w literaturze można spotkać opisy układów średniego napięcia. Mikrosieci mogą być wykonane przy wykorzystaniu linii prądu przemiennego lub prądu stałego. W niniejszej rozprawie autor koncentruje się na układzie stałoprądowym. Mikrosieć jest hybrydowym układem generacji rozproszonej. Składa się z wielu jednostek generacji rozproszonej, które wykorzystują różne nośniki energii pierwotnej. W obszarze zainteresowania autora są urządzenia wytwórcze o mocach jednostkowych nieprzekraczających kilkudziesięciu kilowatów. Mikrosieć, mimo niewielkich rozmiarów, jest układem wewnętrznie mocowo i energetycznie zbilansowanym. W mikrosieciach znajdują zastosowanie głównie następujące urządzenia wytwórcze: elektrownie słoneczne, wiatrowe i wodne, agregaty prądotwórcze i turbiny gazowe oraz ogniwa paliwowe. Bardzo duże znaczenie mają zasobniki energii, głównie akumulatorowe. Urządzenia te zostały w rozprawie scharakteryzowane pod kątem cech decydujących o sposobie ich pracy w mikrosieci. Ważnym elementem mikrosieci są przekształtniki energoelektroniczne. Przekształtniki są wykorzystywane w rozważanej klasie urządzeń jako elementy przekształcające energię, ale również jako człony wykonawcze układów sterowania poszczególnych źródeł i mikrosieci jako całości. Autor przedstawia podstawowe konstrukcje przekształtników, które znajdują zastosowanie w układach prądu stałego oraz sposoby ich modelowania komputerowego. Mikrosieć może być elementem realizacji polityki zrównoważonego rozwoju pod warunkiem, że będzie odpowiednio zaprojektowana. Ze względu na charakter źródeł odnawialnych, ich nieprzewidywalność i niesterowalność, metody symulacyjne są podstawowym sposobem doboru podstawowych parametrów urządzeń. Konieczne jest też sprawdzenie poprawności przyjętych algorytmów sterowania. W tym celu autor przygotował grupę modeli mocowych oraz napięciowych mikrosieci do badania zjawisk zachodzących w funkcji zmian mocy odbioru i dostępności nośników energii pierwotnej oraz danych sposobów sterowania mikrosiecią. Autor zaproponował algorytm postępowania przy projektowaniu mikrosieci na podstawie tych modeli. Rozważania teoretyczne i symulacje komputerowe zostały poparte pomiarami wykonanymi na modelu fizycznym mikrosieci prądu stałego, przygotowanym w Zakładzie Elektrowni i Gospodarki Elektroenergetycznej Instytutu Elektroenergetyki Politechniki Warszawskiej.
The dissertation discusses the idea of the microgirid in some details. It describes also the differences between microgrid, hybrid system and the classical way of connecting distributed energy sources to the power system. It presents also the description of the author's idea for energy supply for a small town by a microgrid system. The power plants, both fossil fuelled and utilizing renewable, primary energy sources, used in microgrids are described. Then the topology of power electronics converters the most commonly used in microgrids are presented as well as their simulation models. Examples of interesting converter structures can be found here. The dissertation touches also the issue of modelling selected power electronic converters in order to model the phenomena in power system, especially in the DC microgrid suggested by the author. The dissertation presents several examples of system design which can be solved by means of implementation of simulation models. That is: how to choose the source's installed capacity to given load profile, how to choose capacity and power output of the energy storage at given power of the energy generators, power propagation and voltage pattern simulation for given weather conditions and load. In the course of this dissertation the author presents his own methods of source capacity selection and simulating the power flow in the system. Computer simulation method suggested by the author facilitates proper power supply to the consumers at changeable availability of primary energy sources such as e.g. wind, insolation, biogas. Finally the dissertation discusses selected results of research conducted by the author on the model DC microgrid system at Warsaw University of Technology, Faculty of Electrical Engineering, Chair of Power Plants and Electrical Engineering Economy. The last chapter consists in the summary of the dissertation and conclusions drawn for the research. The dissertation consists in the following chapters: 1. Introduction, 2. The idea and definition of the microgrid, 3. Electricity sources in the microgrid, 4. Selected issues of power sources control, 5. Power electronic converters used in microgrids and their modelling, 6. Chosen issues relating to microgrid modelling, 7. Selected simulation research on microgrid - examples of the system design issues, 8. Selected physical research on DC microgrid system, 9. Summary and a bibliography.
