POWER FLUCTUATION MINIMIZATION IN RENEWABLE SOURCES USING ENERGY STORAGE SYSTEMS. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Muhammed_Final_DGS.pdf Download (5MB) | Preview

Arabic Abstract

لقد شهد العالم مؤخرا تحولا من الأعتماد على توليد الطاقة التقليدية إلى توليد الطاقة المتجددة و ذلك للتصدى للمشاكل المرتبطة بارتفاع الأسعار و الأنبعاثات الكربونية للوقود الحفرى. نتيجة لذلك يتسارع التطوير لنظم التوليد الموزعة المعتمدة على الطاقة المتجددة لتلبية الحاجات الملحة لمصادر طاقة نظيفة لخلق مستقبل نظيف للطاقة و لتقليل التكاليف. و تعد الطاقة الشمسية و طاقة الرياح من مصادر الطاقة المتجددة الواعدة لتوليد الطاقة الكهربية دون التسبب فى تلوث البيئة. ولقد أدى زيادة انتشارأنظمة التوليد الموزع المعتمد على الطاقة المتجددة فى شبكات التوزيع الكهربية لظهور مفهوم الشبكات الدقيقة. حيث تلعب الشبكات الدقيقة المعتمدة على مصادر الطاقة المتجددة دورا كبيرا فى تقليل الضغط على خطوط نقل الطاقة حيث تتواجد بالقرب من الأحمال و المستهلكين. و لكن يعاب على مصادر الطاقة المتجددة أنها خرجها متقطع بطبيعته و لا يمكن التنبؤ به. و للحفاظ على توازن الطاقة اللحظى للشبكات الدقيقة و لضمان الأعتمادية بين مصدر الطاقة و الأحمال فيجب تزويدها بمصادر تخزين الطاقة, وذلك لإخماد التذبذب فى الطاقة كما أنها تعمل كدعم لتغذية الأحمال عالية الحساسية فى حالة الفصل الأضطراى للشبكة الدقيقة. تقدم هذة الأطروحة طريقة تحكم لتقليل التذبذب فى الطاقة للشبكات الدقيقة المعتمدة على مصادر الطاقة الجديدة مثل طاقة الرياح و الطاقة الشمسية لأدنى قيمة. وقد تم استخدام نظام التخزين المعتمد على المكثفات الفائقة من بين أنظمة تخزين الطاقة المختلفة حيث أنها تتميز بكثافة عالية للطاقة. تم عرض كل من النماذج الخطية و الغير خطية للشبكة المتصلة بمصادر الطاقة المعتمدة على الطاقة الشمسية و الرياح مع تنفيذ التصميم الأمثل للعوامل المؤثرة فى التحكم. كذلك تم تصميم وحدات الكترونيات القوى اللازمة لتوصيل مصادر الطاقة المتجددة مع الشبكة. تم اختيار الحجم الأمثل لنظام التخزين المعتمد على المكثفات الفائقة و تصميم استراتيجية التحكم بها لضمان استمرارية الشحن و التفريغ لهذه الأنظمة بما يحقق أهدافها. تم تنفيذ استراتيجية التحكم عمليا على نظام (RTDS) و تم التحرى من استقرار الشبكة المزودة بنظام التخزين المعتمد على المكثفات الفائقة. كذلك تم التحرى من قدرة الشبكة على التغلب على الأخطاء بوجود و بدون نظام التخزين المعتمد على المكثفات الفائقة و قد أوضحت النتائج كفاءة طريقة التحكم المقترحة.

English Abstract

Recently the world has seen a shift from the conventional power generation to renewable generation to tackle problems associated with price volatility and carbon impact of fossil fuels. The development of renewable energy based Distributed Generation (DG) is moving fast to meet the worldwide urgent needs of utilizing clean energy sources to create a clean energy future and minimizing costs. Among the renewable energy sources, solar and wind energy are promising to generate electrical energy without environmental contamination. The increasing penetration of renewable and clean DG in utility distribution grids gives rise to the concept of microgrids. Microgrids which consist of renewable DG play an important role in minimizing the transmission line stress as they are located near the loads and consumers. The disadvantage of these renewable energy sources is that they are intermittent in nature and their output is unpredictable. In order to maintain microgrid internal instantaneous power balance and ensure user load power supply reliability, energy storage device with charging and discharging frequently needs to be equipped to suppress the power fluctuation and provide backup power supply for sensitive load when microgrid is islanded. This dissertation proposes a control strategy that can minimize the power fluctuations in microgrids consisting of renewable energy sources such as wind and solar. Among the energy storage systems supercapacitor energy storage system (SCESS) is used as it has high power density, maintenance free, higher efficiency, high life time and can be charged and discharged continuously without deterioration. Linear and non-linear models of both grid connected PV and wind systems are developed and optimal design of the control parameters are carried out. The power electronics blocks that are used to integrate the renewable sources to the grid are designed. The optimal size of the SCESS and its control strategy are developed for continuously charging and discharging SCESS to achieve its objectives. The proposed control strategy is implemented in Real Time Digital Simulator (RTDS) and the stability of the microgrid equipped with SCESS has been investigated. The fault ride through capability of the microgrid with and without SCESS is investigated and results are provided to verify the efficiency of the proposed controller. The results provided show that the fluctuation of the power generated from the renewable sources is minimized. During grid faults the proposed controller stores the power generated during the fault duration.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Abido, Mohammed
Committee Members:	El-Amin, Ibrahim and Habiballah, Ibrahim and Kassas, Mahmoud and Ibrir, Salim
Depositing User:	WORKU MUHA YIBRE (g201102710)
Date Deposited:	16 Aug 2015 07:09
Last Modified:	01 Nov 2019 16:30
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139711