KFUPM ePrints

DYNAMIC ANALYSIS AND CONTROL OF MICROGRIDS

l DYNAMIC ANALYSIS AND CONTROL OF MICROGRIDS. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF
11Mb

Arabic Abstract

التحليل الدينامكى والتحكم فى الشبكات الكهربائية الصغيرة زاد الإهتمام فى الأعوام الأخيرة بإستخدام الشبكات الصغيرة نتيجه للإهتمام المتزايد بالعوامل البيئية وتأثير بناء المحطات الكهربائية فى مختلف البلدان أضف إلى ذلك الإتجاة السائد فى أنحاء العالم بإعاده هيكلة الشبكات الكهربائية وكذلك ظهور التكنولوجيا المتقدمة المستخدمة فى بناء هذه الشبكات. يؤدي إستخدام هذه الشبكات إلى زيادة مرونة النظام للتغيرات المختلفة التى قد تطرأ عليه بالأضافة إلى تحسين عملية تشغيل النظام وتقليل الطاقة المفقودة فى النظام.عادة ما تتصل هذه الشبكات الصغيرة مع الشبكة الرئيسية عن طريق إلكترونيات القدرة مما يؤدى لزيادة فاعلية النظام. وتعمل هذه الشبكات الصغيرة فى وجهين مختلفين. من الممكن أن تتصل هذه الشبكات مع الشبكة الرئيسية وفى هذه الحالة تقوم هذه الشبكات الصغيرة بإمداد الشبكة بالطاقة الكهربائية اللازمة لتحسين أداء الشبكة عامة. بينما من الممكن أن تقوم هذه الشبكات الصغيرة بتغذية بعض الأحمال المنفصلة عن الشبكة الرئيسية كأن تكون هذه الأحمال مثلا بعيدة عن الشبكة الرئيسية مما يصعب عليه تغذية هذه الأحمال بواسطة الشبكة. ولهذا فإن إختيار مضبط التحكم بعناية من الأشياء المهمة جدا فى تشغيل هذه الشبكات الصغيرة فى كلا الوجهين. ويقوم البحث على حساب قيمة مضبط التحكم الأمثل بالإضافة إلى حساب قيمة الفلتر الأمثل ومعاملات مشاركة القدرة والتى تؤدى إلى ضمان إتزان النظام خصوصا فى حالة تعرض النظام لأى تغيير طارىء كحدوث خطأ فى النظام أو زيادة طارئة فى الطاقة المدفوعة بواسطة الشبكات الصغيرة. وفى هذا سوف يتم إستخدام الطريقة المسماة "سرب الجسيمات الأمثل" لتصميم مضبط التحكم والفلتر ومعاملات مشاركة القدرة. بالإضافة إلى التأكد من صلاحية الدراسة النظرية وذلك عن طريق إستخدام جهاز"المحاكاة الرقمية فى الوقت الحقيقي" لمحاكاة النظام المستخدم فى الدراسة النظرية وذلك عندما تكون الشبكات الصغيرة إما متصلة مع الشبكة الرئيسية أو تعمل مع الاحمال منفصلة عن الشبكة الرئيسية.

English Abstract

Dynamic analysis and control of the microgrids have received much attention recently. A microgrid is a distributed generation unit connected close to a cluster of loads. It can be operated in either a grid connected mode or an autonomous mode to achieve some operational requirements in each mode. The stability and the effectiveness of control in the inverter-based distributed generation interfacing have faced the challenge of the uncertain and dynamic nature of the distribution network. The droop characteristics are used to manage power sharing between distributed generators in the autonomous mode while the power controllers are used in grid-connected mode. A new technique for stability enhancement of a microgrid operating in both autonomous and grid-connected modes is proposed in this thesis. Linear and nonlinear models of microgrids operating in different modes are developed. Optimal designs of LC filter, controller parameters, and damping resistance are carried out for the case of the grid-connected mode. On the other hand, controller parameters and power sharing coefficients are optimized for the case of the autonomous mode. The control problem has been formulated as an optimization problem where particle swarm optimization is employed to search for optimal settings of the optimized parameters in each mode. In addition, nonlinear time-domain based as well as eigenvalue based objective functions are proposed to minimize the error in the measured power and to enhance the damping characteristics. The nonlinear time domain simulation has been carried out to assess the effectiveness of the proposed controllers under different disturbances and loading conditions. The obtained results demonstrate a high dynamic performance with efficient damping characteristics of the microgrid considered in this study. At the end, the stability of the microgrid has been investigated in the Real Time Digital Simulator (RTDS) environment. The obtained RTDS results are compared with those obtained from MATLAB simulation to assess the validity and accuracy of the proposed controller model. The obtained results of the RTDS illustrate that the optimal proposed controller not only ensures fast response, perfect tracking for its reference values with no significant overshoot and delay time but also improve the system stability.



Item Type:Thesis (PhD)
Subjects:Engineering
Electrical
Divisions:College Of Engineering Sciences > Electrical Engineering Dept
Committee Advisor:Abido, Mohammad
Committee Members:Abdurrahim, Abo-Hamed and El-Amin, Ibrahim and Al-Hamouz, Zakariya and Kassas, Mahmoud
ID Code:138516
Deposited By:MOHAMMAD HASSAN
Deposited On:06 Aug 2011 11:40
Last Modified:06 Aug 2011 11:40

Repository Staff Only: item control page