ADVANCED FILTERING STRATEGIES FOR SOLAR POWER SMOOTHING SUPPORTED BY BATTERY ENERGY STORAGE SYSTEM

ADVANCED FILTERING STRATEGIES FOR SOLAR POWER SMOOTHING SUPPORTED BY BATTERY ENERGY STORAGE SYSTEM. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
Ammar Atif (G201802860) Master Thesis .pdf
Restricted to Repository staff only until 22 June 2021.

Download (8MB)

Arabic Abstract

مجابهة الطلب العالي للطاقة الكهربائية من مصادر صديقة للبيئة أدى الى انتاج وابتكار العديد من طرق ربط المصادر المتجددة مع الشبكة الكهربائية مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية. لكن مع إزدياد إنتاج الطاقة المتجددة وربطها مع الشبكة الكهربائية ظهرت مشاكل متعلقة بإستقرارية، إعتمادية وجودة الشبكة نسبة للطبيعة المتغيرة والمتقطعة لمصادر الطاقة المتجددة. لذلك لابد من تنعيم القدرة الكهربائية بالقبل من الربط مع الشبكة الكهربائية. تقليدياً يتم إستخدام مرشح الترددات المنخفضة من الدرجة الاولى ومرشح المتوسط المتحرك نسبة لفعاليته وبسطاته لكن يزداد التأخر بين القدرة المرشحة والقدرة المتذبذبة للطاقة الشمسية مع زيادة قيمة الثابت الزمني للترشيح مما يؤدي الى زيادة الطاقة المستهلكة من أجهزة تخزين الطاقة. هذه الاطروحة تقترح استخدام المرشح الوسيط المتحرك لحل مشكلة التأخر بين القدرة المرشحة والقدرة قبل الترشيح الناتجة من الطرق السابقة. إضافة الى ذلك استخدام مرشح سافيتزكي غوالي لتقليل التغير في مستوى الطاقة لأجهزة التخزين عند تنعيم القدرة الكهربائية نسبة لاستخدامه توفيق المنحنيات عند عملية التنعيم. اضافة الى ذلك تم تطبيق خوارزمية البحث التوافقي للبحث عن القيمة المثلى للثابت الزمني لمرشح الترددات المنخفضة التي تنتج أقل تغير في القدرة الشمسية المنتجة والتغير في مستوى تخزين الطاقة الكهربائية. الأطروحة قدمت حلا لمشكلة تحديد قيمة الثابت الزمني المسبق لمرشح الترددات المنخفضة وذلك باستخدام التحكم المنطقي الغامض ومرشح الترددات المنخفضة المتغير. اخيراً تم عمل دراسة مقارنة بين الطرق المختلفة التي قدمتها الاطروحة لتنعيم القدرة الكهربائية.

English Abstract

Matching the colossal energy demand with carbon-free resources arises a global challenge to produce and innovate advanced energy technologies that generate stable, clean and friendly energy supplies without threatening our environment. Nevertheless, with increasing the penetration from renewable energy (RE) resources like solar and wind farms many technical issues are engendered typically; power stability, power quality and frequency fluctuations. The aforementioned problems stem from the intermittent nature of renewable resources which makes the generated power unpredictable and requires controlling and smoothing before dispatching. Smoothing the generated power from intermittent resources is needed before dispatching to alleviate the variability effect of the dispatched power. Therefore, the presented studies in this thesis investigate smoothing based-controlled strategies that supported with energy battery storage systems to smooth the solar photovoltaic fluctuations. Conventionally low pass filter (LPF) and moving average (MA) algorithm are used with a controlled energy storage system (ESS) to smooth the fluctuated power due to their simplicity, but a delay problem increases with higher values of the filtering time constant and leads to consuming more energy for battery systems. This thesis proposes using the moving median (MM) algorithm to smooth the solar power fluctuations with good power tracking for more battery utilization. Besides employing Savitzky-Golay (S-G) filtering to reduce the battery’s state of charge (SOC) change while smoothing by performing a polynomial fitting over the smoothed solar power. Besides, comparing the simulated results with other methods to highlight the effectiveness of the proposed method. Moreover, the thesis also shows an application of the optimization algorithms typically harmony search algorithm (HAS) to search for the best filtering time constant that results with an optimum smoothing performance and lower battery usage by formulating a single weighted multi-objective function. The thesis also shows the design of the fuzzy logic control (FLC) with a varying low pass filtering (VLPF) to solve the issue of the conventional control methodology when having a predetermined value of the filtering time constant that forces the battery system to inject and absorb power when there are no clouds (i.e. no fluctuation). The proposed smoothing methodology varies the filtering time constant to inject/absorb power when there are fluctuations and extended the idle mode of the battery. The proposed fuzzy logic controller with the varying low pass filter is effective but simple to facilitate the implementation in a real-life application. Finally, the thesis gives a summary of the advantages and disadvantages of the proposed smoothing methodologies.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Electrical
Divisions: College Of Engineering Sciences > Electrical Engineering Dept
Committee Advisor: Khalid, Muhammad
Committee Members: Abido, Mohammed Ali Y and El-Amin, Ibrahim M
Depositing User: AMMAR ABDALLA (g201802860)
Date Deposited: 24 Jun 2020 10:58
Last Modified: 24 Jun 2020 10:58
URI: http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141643