Modulation and Fault Control of Three-phase Dual Active Bridge Converter for Breaker-less DC Microgrid Protection. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Thesis_ Hamed_fin2.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 24 August 2023. Download (5MB)

Arabic Abstract

تزداد الحاجة إلى الشبكات الكهربائية الصغيرة بشكل كبير مع زيادة تغلغل وحدات التوليد الموزع و التي يمكن فيها فصل نظام التوزيع عن الشبكة الرئيسية في حالة حدوث اضطرابات في الشبكة. أيضًا ، نظرًا للمزايا العديدة بما في ذلك الكفاءة العالية وجودة الطاقة ، تلفت شبكات التيار المستمرالمصغرة مزيدًا من الاهتمام مقارنة بالشبكات المصغرة المنافسة لها. ومع ذلك ، فإن الخصائص الطبيعية المختلفة لأنظمة التيار المستمر تسبب العديد من التحديات لتصميم نظام حماية مناسب لأنظمة التيار المستمر. يتمثل أحد الاهتمامات الرئيسية لتصميم أنظمة الحماية للشبكات الصغيرة في عدم ملاءمة قواطع دوائر التيار المتردد التقليدية والحاجة إلى قواطع دوائر التيار المستمر التي لها بعض العيوب والتي ابرزها تكلفتها العالية. اقترح العديد من الباحثين وجود بنيات خالية من قاطع التيار لشبكات التيار المستمر الصغيرة باستخدام محددات التيار المستمر ومفاتيح التيار المستمر غير المحملة لعزل الأعطال. على الرغم من أنه في العديد من الدراسات ، فقد ثبت أن محولات التيار من مستمر الى مستمر ذات الجسر النشط المزدوج ثلاثية الاطوار لها استجابة جيدة جدًا في حالات الأعطال. ومع ذلك ، فإن طرق التحكم التقليدية لديها بعض العيوب والقيود بما في ذلك القيمة القصوى العالية للتيار المتردد ، والتبديل العسير ، وقلة التيار المستمر الناتج. في هذا البحث ، تم اقتراح تقنيتي تحكم مناسبتين لمحول الجسر النشط المزدوج ثلاثي الأطوار للركوب أثناء الاعطال. تتغلب الطريقتان على عيوب وقيود تقنيات التحكم الحالية وتعززان أداء الجسر النشط المزدوج ثلاثي المراحل في حالات الخطأ. توفر هذه الأساليب حسابًا سريعاً اثناء التشغيل لمعاملات التحكم لتحكم موثوق به في المحولات والتيارات الناتجة مع مراعاة عملية التبديل الناعم لمفاتيح المحول. ايضاً تم التحقق من فاعلية الطريقتين المقترحتين عن طريق إجراء المحاكاة بواسطة برنامج ماتلاب وكذلك التحقق التجريبي عن طريق بناء نموذج مصغر للنظام باستعمال الاجهزة والادوات المتوفرة في مختبر الطاقة. أخيرًا ، تم مقارنة أداء المخططات المقترحة مع طرق التحكم المتاحة وتلخيص ميزاتها وعيوبها الرئيسية وإبرازهما.

English Abstract

The need for Microgrids increases dramatically with the increased penetration of distributed generation (DGs) units in which the distribution system can be islanded from the main grid in case of grid disturbances. Also, due to the many advantages including higher efficiency and power quality, DC microgrids draw more attention than their competing AC microgrids. However, the different natural characteristics of DC systems cause many challenges in designing a proper protection scheme for DC systems. One major concern for designing protection systems for DC microgrids is the unsuitability of conventional AC circuit breakers (ACCBs) and the need for DC circuit breakers (DCCBs) which have some disadvantages including their high cost. Many researchers suggested having breaker-less architectures of DC microgrids using DC current limiters and no-load DC switches to isolate faults. Although, in many studies, three-phase Dual Active Bridge (DAB) DC-DC converters have been shown to have a very good response in fault situations. However, their conventional control methods have some drawbacks and limitations including high peak AC current value, hard switching, and reduced output DC current. In this research, two suitable control techniques for the three-phase DAB converter for fault ride-through operation are proposed. The two methods overcome the drawbacks and limitations of the existing modulation techniques and enhance the performance of the three-phase DAB at fault situations. These approaches provide online calculation of the control parameters for reliable control of the transformer and output currents while considering soft-switching operation of the converter switches. Simulation, as well as experimental verification of the proposed schemes, are conducted. Finally, the performance of the proposed schemes is compared with the available control methods and their main features are summarized and highlighted.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Abido, Mohammed
Committee Members:	Kassas, Mahmoud and Khalid, Muhammad and Hassan, Mohamed
Depositing User:	HAMED BIN QADHI (g201265680)
Date Deposited:	24 Aug 2022 12:04
Last Modified:	24 Aug 2022 12:04
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142211