CONTROL OF A MICROGRID THROUGH ENERGY STORAGE DEVICES USING EVOLUTIONARY AND NEURO-FUZZY METHODS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF MS_Thesis_g201102010.pdf - Accepted Version Download (3MB) | Preview

Arabic Abstract

أدى انتشار استخدام مصادر الطاقة المتجددة و اندماجها في مستويات توزيع الطاقة الكهربائية الى تطور شبكات الكهرباء المصغرة، و يعتبر التشغيل الامثل للمولدات الموزعة في شبكات الكهرباء المصغرة مادة لبحث علمي مكثف، تطرح هذه الرسالة نظام تحكم ذكي في نظام تخزين الطاقة لشبكة كهرباء مصغرة تتكون من جزء توليد كهرباء تقليدي و جزء غير تقليدي يتمثل في استخدام وحدات طاقة شمسية و خلايا طاقة و وحدات لانتاج الطاقة من الرياح. تم تطوير نظم تفصيلية لا خطية للنظام الكهربائي المصغر و لديناميكية الاشارات الصغيرة في النظام. و تم تقييم نظام التوليد الكهربائي الامثل المتكون من مجموع المصادر الكهربائية المتوفرة باستخدام تحليل اقيمة الذاتية للنظام. كشف تحليل ديناميكية الاشارات الصغيرة ان الاشتراك الكبير لالواح توليد الطاقة الشمسية و خلايا الطاقة و وحدات انتاج الطاقة من الرياح قد يؤدي بالنظام الكهربائي المصغر الى عدم الاستقرار عندما لا يتم اسخدام تقنية تحكم مناسبة. و قد تم التحقق من صحة هذه النتائج باستخدام تحليل لنظام خطي تم تطويره من خلال محاكاة للنظام اللاخطي. تطرح هذه الرسالة ايضا نظام تحكم مركزي لوحدات تخزين الطاقة لتطوير و تحسين اداء اداء الشبكة الكهربائية المصغرة. و فيما يتعلق بنظام تخزين الطاقة، تم اخذ نوعين في الاعتبار هما البطاريات و المواسعات الفائقة حيث يقوم جهاز عاكس للفولتية بالتوصيل بين وحدات تخزين الطاقة التي تعمل على التيار الثابت و الشبكات الكهربائية التي تعمل على التيار المتردد. و تم تطوير و تطبيق استراتيجية مستقلة للتحكم في وحدات تخزين الطاقة التي توفر الطاقة الفعالة و المتفاعلة للنظام المصغر. و المعايير الامثل لنظام التحكم تم الحصول عليها من خلال طريقة جديدة للبحث عن افضل الحلول. تم استخدام طريقة عصبية-ضبابية متكيفة لتحديث معايير نظام التحكم حتى تواكب التغييرات العشوائية في كميات الطاقة الصادرة عن الاجهزة المعتمدة على الطاقة المتجددة اثناء عمل النظام الكهربائي المصغر. تم اختبار هذه الطريقة العصبية-الضبابية المتكيفة من خلال تطبيق عدة دراسات للمحاكاة. و بين استخدام التغييرات في العزم لماحكاة التغييرات المفاجئة في الطاقة النتاجة عن مولدات الطاقة المعتمدة على الطاقة المتجددة ان استقرار النظام قد يتأثر اعتمادا على نسبة الاحمال في النظام. و مع ذلك فان وحدات تخزين الطاقة تستطيع توفير العجز في الطاقة التي يحتاجها النظام. كما أن وحدات انتاج الطاقة اللامركزية ابدت قدرات عالية على مقاومة حصول عدم استقرار في النظام في حالة انخفاض الفولتية عند استخدام وحدات تخزين طاقة مناسبة. و لوحظ ان البطاريات و المواسعات الفائقة تعمل على تحسين استقرار النظام و لكن تجدر الاشارة ان اداء المواسعات الفائقة كان افضل من اداء البطاريات من ناحية سرعة التعامل و تحييد الظروف الفجائية في النظام بدون اي فروقات تذكر في سرعة دوارات المولدات و من ناحية ثبات الفولتية المتولدة من المولدات و توصيل الطاقة السلس الى الشبكة .

English Abstract

Widespread use of renewable energy sources and their integration at local distribution levels have contributed to the development of microgrids. Optimum operation of distributed generators (DG) in a microgrid is a subject of intensive research. This thesis proposes an intelligent control of energy storage system in a microgrid comprising of conventional micro generation along with photovoltaic, fuel cell and wind energy units. Detailed nonlinear and small-signal dynamic models of the microgrid are developed. The optimum generation mix from various DG sources is evaluated through eigenvalue analysis of the system. The small-signal analysis reveals that large participation of PV, fuel cell, and wind can drive the microgrid to the brink of unstable region without adequate control. Validity of the results obtained from linearized analysis has been established through nonlinear system simulations. A central energy storage based controller is proposed to supervise and enhance the microgrid operation. The energy storage devices considered are battery and supercapacitor. A voltage source inverter interfaces the storage devices to the microgrid AC bus. A decoupled control strategy has been implemented for both storage controllers facilitating real and reactive power control of the microgrid system. The optimum parameters of the decoupled P-Q controller are determined through an evolutionary bio-geography based optimization technique. An adaptive neuro-fuzzy technique has been employed to update the controller parameters for randomly changing renewable inputs as well as to take care of arbitrary operation of the microgrid. The adaptive neuro-fuzzy control of the storage system has been tested through a number of simulation studies. Input torque steps representing sudden changes in DG inputs show that the stability of the system may be affected depending on level of loading of the units. However, the storage units can provide the necessary space for the DG’s to redistribute the power. The DG units have shown significant withstanding capabilities under low voltage condition when backed by appropriate storage control. Both battery and supercapacitor storages were observed to enhance the system transient performance. However, the supercapacitor based storage control is found to be superior to the battery system in terms of quick damping of transients with negligible rotor speed deviations, constant terminal voltage, and smooth power delivery to the grid.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Abu Hamed, Abdur-Rahim
Committee Members:	Al-Baiyat, Samir A and Habiballah, Ibrahim O
Depositing User:	ALI ASHRAF (g201102010)
Date Deposited:	08 Jun 2013 11:48
Last Modified:	01 Nov 2019 15:38
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/138930