MODELLING AND CONTROL OF MULTITERMINAL DC GRID FOR RENEWABLE ENERGY INTEGRATION

MODELLING AND CONTROL OF MULTITERMINAL DC GRID FOR RENEWABLE ENERGY INTEGRATION. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
PhD_Thesis_Final_eBook_g201603340.pdf - Published Version
Restricted to Repository staff only until 23 June 2022.

Download (15MB)

Arabic Abstract

أصبحت أنظمة محولات الجهد العالي المعتمدة على مستويات متعددة المستخدمة لتكامل الطاقة المتجددة جذابة في جميع أنحاء العالم. عوضا عن نموذج تحكم بسيط او متوسط يعتمد على محول ذا مصدر تيار كهربائي, فإن هذا العمل يقدم تحليل متكامل ومثالي للخلايا الكهروضوئية ومحركات الرياح وتكاملها مع شبكات الجهد العالي للتيار الثابت. حيث تم تطوير تقنية جديدة لحماية شبكات الجهد العالي للتيار الثابت ذات مستويات متعددة تعتمد على مقاوم الكبح الديناميكي المرتبط بالطور الفردي. عوضا عن نموذج متوسط بسيط فإنه تم تحليل نموذج متكامل بكل تفاصيلة لشبكات الجهد العالي للتيار الثابت ذات مستويات متعددة كذالك حيث تم تطوير طريقة فريدة ومثالية للخلايا الكهروضوئية. طور هذا العمل نظامًا جديدًا لإدارة الطاقة يعتمد على البطارية لتنظيم فائض الطاقة في نظام النقل أثناء حدوث عطل شديد عند نقطة الاقتران المشترك لشبكات التيار المتردد حيث تم إستخدام إستراتيجية تحكم للبطارية لتحسين الأداء أثناء تغير الإشعاع الشمسي ودرجة الحرارة وسرعة الرياح. ولتنفيذ ذالك, تم تطوير استراتيجيات تحكم قائمة على تسلسل إيجابي وأخر سلبي لتلبية متطلبات رموز متطلبات الشبكة الكهربائية. كذالك تم تطوير تقنية جديدة للحد من تيارالمحول ذات المستويات المتعددة تحت ظروف مختلفة ومقارنتها بمحدد التيار التقليدي. تم التحقق من النتائج التحليلية التي تم الحصول عليها من برنامج المحاكاة ماتلاب عملياً بإستخدام جهاز محاكاة رقمي. أكدت النتائج ان نظام التتبع لطاقة الرياح والطاقة الشمسية كانت جيدة, كما أكدت أيضًا فعالية تقنية تقليل الطاقة النشطة لحماية خطوط جهد شبكات الظغط العالي للتيار الثابت. كما تم تحسين أداء إستراتيجية التحكم المعتمد على البطارية أثناء التغيرات المختلفة لإشعاع الشمس ودرجة الحرارة وسرعة الرياح. إضافة الى ذالك, أظهرت وحدة التحكم الحالية القائمة على التسلسل مع المحدد الحالي أداءً واعدًا في ظل الإضطرابات الشديدة على الشبكة. إلى جانب تحسن أداء الشبكة ، فقد أظهرت النتائج العملية مع مخطط التحكم المقترح تحسينًا لقدرة الشبكة ذات الجهد المنخفض دون أي انتهاك لحدود جهد المحول الحالي وخطوط شبكات الظغط العالي للتيار الثابت.

English Abstract

Modular multilevel converter (MMC)-based voltage source converter (VSC) system has become attractive around the world for renewable energy integration. Instead of an average model or controlled current source based simplified model, this work has analyzed converter switched model based optimum PV and wind integration into the MMC-HVDC network. Individual phase linked dynamic braking resistor (DBR) based a novel technique has been developed and analyzed to protect the MMC-HVDC link over voltage. Instead of the average model, the detailed model based MMC-HVDC network has been analyzed, where arm circulating current and submodule balancing is considered. A novel active power reduction technique has been developed and analyzed for the PV integrated MMC-HVDC network. This work has developed a battery-based new energy management system to regulate the surplus energy in the renewable energy connected MMC-HVDC transmission link during the severe fault at the point of common coupling of AC grids. It has developed a control strategy for the battery to improve transient performance during solar radiation, temperature, and wind speed change. Positive and negative sequence-based current control strategies have been developed to fulfill the positive and negative sequence grid code requirements. A novel current limiting technique has been developed to limit the MMC current under severe balanced and unbalanced faults and compared with the conventional current limiter. The analytical results obtained from Matlab simulation have been verified in RTDS-dSPACE based real time experimental setup. The results confirmed optimum wind and solar energy tracking. The results also confirmed the efficacy of the active power reduction technique to protect the HVDC link voltage. The battery-based control strategy has improved transient performance during the irradiance, temperature, and wind speed changes. The proposed sequence-based current controller with the current limiter has shown the promising performance under severe disturbances. Besides grid compliance, the results with the proposed control scheme have demonstrated the improvement of low voltage ride-through capability without any violation of converter current and HVDC link voltage limits.

Item Type: Thesis (PhD)
Subjects: Engineering
Electrical
Department: College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor: Abido, Mohammad Ali
Committee Members: El-Amin, Ibrahim M. and Ibrir, Salim and O. Habiballah, Ibrahim and Kassas, Mahmoud
Depositing User: MD HOSSAIN (g201603340)
Date Deposited: 05 Jul 2021 06:39
Last Modified: 05 Jul 2021 06:39
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141914