FACTS Based Stabilizers for Dynamic Stability Enhancement of Weakly Interconnected Power Systems. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (FACTS BASED STABILIZERS FOR DYNAMIC STABILITY ENHANCEMENT OF WEAKLY INTERCONNECTED POWER SYSTEMS) FACTS_BASED_STABILIZERS_FOR_DYNAMIC_STABILITY_ENHANCEMENT_OF_WEAKLY_INTERCONNECTED_POWER_SYSTEMS.pdf - Accepted Version Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

قد تؤدي ظاهرة الاهتزازات ذات الترددات الضئيلة في نظم الطاقة الكهربائية إلى تضعيف استقرار النظام الكهربائي أو إلى عدم استقراره بعد حدوث قصر كهربائي شديد. لذلك أولى كثير من الباحثين اهتماما كبير للحد من هذه الظاهرة عبر تقديم بعض الحلول الفنية كاستخدام أجهزة مضبطات نظم الطاقة و المضبطات المستندة على الأنظمة المرنة لنقل التيار المتردد. حيث اثبتت كثير من البحوث العلمية و العملية كفاءة هذه الأجهزة في تهبيط الترددات الضئيلة إلى الحدود المسموحة فنية أو إخمادها كليا. كذلك تبين كثير من البحوث العلمية أفضلية تصميم مكونات هذه الأجهزة باستخدام إحدى طرق التصميم المثلى بدلا من استخدام الطرق التقليدية. كما اثبت العديد من الباحثين أن التنسيق بين نظم التحكم المختلفة في المنطقة الواحدة او المناطق المترابطة يسهم في الاستفادة القصوى منها. لذلك يتضمن هذا البحث دراسة مستفيضة لإحدى نظم الطاقة الكهربائية المحلية للكشف عن وجود هذه الظاهرة بين المناطق المترابطة. لكن قبل البدء في التحاليل الديناميكية، يتطلب البحث اختزال النظام الكهربائي لتقليص حجمه دون فقد خواصه الديناميكية لتسهيل عملية تحليله و تصميم مكونات أجهزة التحكم. بعد ذلك يتم تحليل النظام الكهربائي المختزل للكشف عن وجود ترددات ضئيلة عن طريق التحاليل الشكلية و المحاكاة الزمنية الغير خطية لإشارات الشبكة. يهدف هذا البحث إلى دراسة ثلاث طرق لتصميم مكونات أجهزة التحكم لتحسين الاستقرار الديناميكي و لتقليل الترددات الضئيلة أو إخمادها كليا. الطريقة الأولى تعتمد على تركيب أجهزة مضبطات نظم الطاقة و تصميم مكوناتها بشكل متزامن مع بقية الأجهزة المماثلة القائمة. الطريقة الثانية تدرس خيار تركيب أحد أجهزة المضبطات المستندة على الأنظمة المرنة لنقل التيار المتردد و تصميم مكوناته بشكل منفرد. الطريقة الثالثة تدمج الطريقتين السابقتين، حيث يتم تصميم أجهزة مضبطات نظم الطاقة و الأجهزة المستندة على الأنظمة المرنة لنقل التيار المتردد بشكل متزامن. تم استخدام عدة برامج أهمها برنامجي محلل نظم الطاقة الكهربائية (PSS/E) لتحليل و اختزال النظام الكهربائي و برنامج الأفعى (Python) لبرمجة تقنية التصميم المثلى التي يطلق عليها اسم طريقة الحل المثلى سرب الجسيمات المعدلة. يتم تصميم مكونات المضبطات باعتبار نقطة تشغيل واحدة و من ثم يتم اختبار التصاميم المقترحة على النظام الغير مختزل باعتبار نقاط تشغيلية أخرى لتأكد من قوة ثبات نظم التحكم المقترحة. تثبت نتائج الدراسة بأن الطرق المقترحة لتصميم أجهزة التحكم فعالة و تسهم في تحسين الاستقرار الديناميكي للنظام و زيادة كفاءته و بالتالي زيادة قدرات النقل بين المناطق المترابطة. كذلك تبين الدراسة أن أفضل طريقة لتصميم نظم التحكم هي الطريقة الأخيرة من حيث أداء النظام الكهربائي. بالإضافة إلى ذلك تبين الدراسة ان الطريقة المتبعة لاختزال النظام الكهربائي دقيقة و يمكن استخدامها لتقليص حجم نظم الطاقة الكهربائية الكبيرة لاستخدامها في تصميم نظم التحكم.

English Abstract

Low frequency oscillations phenomenon in power system could cause system instability after a severe disturbance and it could limit power system operation and control. Therefore, attenuating these oscillations has to be accomplished effectively, so the system remains stable and reliable. Thus, the objectives of this research are to investigate the existence of such phenomenon in a real large-scale power system and then scrutinize the impact of three controller design approaches on enhancing its overall dynamic stability. It is worth to mention that instead of using the complete model of the power system to perform the analyses, a reduced version is utilized. The latter is constructed via developing a systematic approach for building static and dynamic equivalent of such huge power system. The first controller design approach inspects a coordinated design between a proposed and existing Power System Stabilizers (PSSs). The second approach studies an individual design of a proposed Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC) based stabilizer. The last approach tests a simultaneous design of the aforementioned PSSs and TCSC. In each case, the design problem is manipulated and solved by a novel technique integrating a Modified Particle Swarm Optimization technique (MPSO) with nonlinear time-domain simulations. The objective function of the MPSO is based on nonlinear fitness function for minimizing Integral Time Weighted Absolute Error (ITAE). In all cases, the expected enhancement on the overall dynamic stability is assessed by modal analyses as well as nonlinear time-domain simulations. To examine the robustness of the proposed controllers, their optimized parameters are incorporated into the full power system and then several sever incidents are tested considering different operating conditions. The results show that each method can successfully damp the low frequency oscillations and increase power transfer capability among the weakly interconnected areas with superiority of the third design approach. In addition, this research demonstrates the accuracy of the developed systematic approach for reducing large-scale power system, so the reduced model can be utilized for controller design.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Abido, Mohammed Alik
Committee Members:	Al- Awami, Ali T. and El- Amin, Ibrahim M.
Depositing User:	AL-HAJJI M MOHAMMED (g200052400)
Date Deposited:	18 Jan 2015 11:14
Last Modified:	01 Nov 2019 15:44
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139433