ELECTRIC SPRINGS: A NEW APPROACH TO DEMAND SIDE MANAGEMENT. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Emad_Thesis_2015.pdf Download (6MB) | Preview

Arabic Abstract

ادارة الطلب على الطاقة هي تعديل استهلاك الطاقة بالنسبة للمستهلك عن طريق الأخذ بعين الاعتبار مجموعة من البرامج مثل برنامج التسعير بالزمن الحقيقي وبرنامج التحكم بانقطاع الحمل لتحقيق أهداف ادارة الطلب على الطاقة. هذه البرامج تهدف الى تشجيع المستهلك على أن يستهلك طاقة أقل خلال ساعات الذروة أو استهلاكها بوقت لا تكون فيه قمة الطلب على الطاقة. ادارة الطلب على الطاقة شائعة لمثل هذه المسائل، فهي مفيدة لتقليل الأسعار، وللتحسن البيئي والاجتماعي، وتزيد من موثوقية الشبكة من خلال تقليل الأحمال وتحسين سوق الكهرباء. تهدف هذه الرسالة الى تصميم، وتكامل، والى تحليل النوابض الكهربائية مع شبكات القدرة الكهربائية كونها المنهجية الجديدة لادارة الطلب على الطاقة. النوابض الكهربائية لها المقدرة على تنظيم فولتية الأحمال بالاضافة للسماح للأحمال بتتبع الطاقة المولدة. تم تطوير النوابض الكهربائية باستخدام النموذج التبديلي والمتوسط. النموذج التبديلي يصف الاستجابة الديناميكية و الحالة المستقرة للمحول. هذا النموذج له القدرة على حساب القيم اللحظية لمتغيرات الفولتية والتيار. لمثل هذا النوع من النماذج، تم ايعاز الخوارزمية الجينية ذات الترميز الحقيقي (RCGA)لايجاد القيم المثلى لقيم متحكمات التيار المباشر والتيار المتردد باسخدام المعادلات ذات النطاق غير الخطي. هذه النوابض الكهربائية والمتحكمات تم محاكاتها باستخدام الماتلاب ومقارنتها بالتجارب العملية المنبثقة عن تطبيقها على جهازي المعامل الرقمي في الزمن الحقيقي (RTDS) و المتحكمات العملية الخارجية (dSPAC E1103) كتجربة متكاملة ذات حلقة مقفلة (HIL) . أما بالنسبة لوصف ديناميكية النوابض الكهربائية كاقتران بدلالة الاشارة التعديلية فتم استخدام النموذج المتوسط . هذا النموذج يهتم بالقيم المتوسطة للمتغيرات بدلا عن تلك القيم اللحظية في حالة النموذج التبديلي. النموذج المتوسط هو نموذج بسيط ودقيق في عملية المحاكاة، وهو ياخذ وقتا أقل في عملية المحاكاة خصوصا عند تعرض النظام لمجموعة من الاضطرابات المفاجئة. يعطي هذا النموذج الثقة لمختصي عملية المحاكاة لدمج هذا النموذج في دراسة محاكاة أنظمة الطاقة ذات النطاق الكبير لأن هاذا النموذج ذو فعالية في التشغيل التجميعي. هذا النموذج مناسب في عملية المحاكاة خصوصا عندما لا يكون هناك عدد كاف من قلابات الجهد في المختبر. تم استخدام أحد الخوارزميات الفعالة الأخرى مع هذا النموذج وهي خوارزمية سرب الجسيمات الأمثل (PSO). للتأكد من هذا النموذج، تم تطبيق مجموعة من الاضطرابات المختلفة بالاضافة الى تغير الأحمال المفاجئ. بالاضافة الى ذلك، تم أخذ النموذج المتوسط بعين الاعتبار للتحقق من خصائص النوابض الكهربائية وتحليل ادائها. تظهر النتائج فعالية النموذج التبديلي والمتوسط للنوابض الكهربائية عند تعرضها لمجموعة من الاضطرابات المختلفة بالاضافة الى تغير الأحمال المفاجئ.

English Abstract

Demand side management (DSM) is an approach of consumer demand modification for energy consumption. Various programs such as real time pricing and interruptible load control are considered to meet DSM goals. It aims at encouraging the consumer to use less energy during the peak demand hours or shift the time of energy use to off-peak demand time. DSM is popular for various issues. It is beneficial for cost reduction, environmental and social improvement, increasing the reliability of network through reducing demand, and improving the electricity markets. The objective of this thesis is to design, integrate and analyze the electric spring (ES) with the power system as a novel approach to DSM. It has the capability to regulate the main voltage and allow the loads to follow the power generation. ES is developed using switched and averaged models. Switching model accurately describes the steady-state and dynamic behavior of the converter. It can calculate the instantaneous values of the current and voltage variables. For this model, Real Coded Genetic Algorithm (RCGA) is employed to identify the optimal values of dc and ac control parameters using non-linear time domain simulations. ES with the proposed controller is implemented on MATLAB/SIMULINK and the proposed MATLAB results are compared with those results coming from the experimental setup. Real Time Digital Simulation (RTDS) integrated with an external dSPACE 1103 controller is considered as a hardware in the loop (HIL) physical implementation. To describe the ES dynamics as a function of modulating signal, the ES averaged model is developed. It is concerned with the averaged values of the variables instead of the instantaneous values as in a switching model. This model is simple and accurate for simulation. It takes less time to be simulated under several disturbances. It gives the simulation specialist the confidence to incorporate this model in large-scale power system simulation studies because it is effective for collective operation. It is suitable to simulate a large number of ES specially when the physical inverters are not available in the labs. An efficient well-known intelligent optimization technique particle swarm optimization (PSO) is considered to optimize the parameters of the ac controller. To validate the averaged model, multiple simulations have been carried out with different kinds of disturbances and load variations. In addition, the averaged model is considered to investigate the ES characteristics and for performance analysis. The results show the effectiveness of the ES switching and averaged models under different kinds of disturbances and load variations.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Abido, Mohamed
Committee Members:	El-Amin, Mohammad and HabibAllah, Ibrahim
Depositing User:	EMAD FUAD AREED (g201204380)
Date Deposited:	09 Aug 2015 05:54
Last Modified:	01 Nov 2019 15:46
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139625