VOLTAGE AND FREQUENCY OPTIMIZATION OF INVERTER-BASED MICROGRIDS CONSIDERING LOW INERTIA GRIDS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (MSc Thesis) MSc_Thesis_Awda.pdf Restricted to Repository staff only until 5 June 2024. Download (3MB)

Arabic Abstract

نظرًا لزيادة انبعاثات الكربون في الغلاف الجوي ، يشهد العالم تحولًً في نظام الطاقة مع تكامل مصادر الطاقة المتجددة ) RESs (. وفقًا لوكالة الطاقة الدولية ) IEA ( ، من المقرر أن تتوسع مصادر الطاقة المتجددة بنسبة 50 ٪ بين عامي 2019 و 2024 . علاوة على ذلك ، من المخطط أن يكون 50 ٪ من التوليد من مصادر الطاقة المتجددة في المملكة العربية السعودية بحلول عام 2030 . ومع ذلك ، تتطلب هذه الموارد وجود أجهزة اتصال بشكل صحيح مدمجة في الشبكة ، أي المحولًت. نتيجة لذلك ، تتزايد الموارد القائمة على العاكس ) IBRs ( على التوالي. ومع ذلك ، فإن مبدأ عمل IBR يختلف تمامًا عن المولدات المتزامنة ) SGs ( التي تعد مصدر الطاقة الرئيسي في الشبكة التقليدية. لذلك ، فإن الحاجة إلى منهجيات تحكم جديدة ، والتي تحل مشكلة استقرار الشبكات منخفضة القصور الذاتي ، أمر بالغ الأهمية. في هذه الأطروحة ، نقترح نظام شبكة صغيرة يشتمل على جانب DC وجانب AC وشبكة خارجية. تم اقتراح خوارزمية تحكم هرمية لإدارة تدفق الطاقة بين المكونات الجانبية للتيار المستمر ) PV ، والبطاريات ، والمكثفات الفائقة( أثناء تنظيم جهد ناقل التيار المستمر. يتم تغذية جهد ناقل التيار المستمر المنظم في جانب التيار المتردد ، والذي يتميز بعاكس لتشكيل الشبكة على أساس طوبولوجيا المولد المتزامن الًفتراضي ) VSG (. تم اقتراح طريقتين للتحكم لتحسين محول VSG . الأول هو طريقة التحكم في التكيف التي تعتمد على وحدة التحكم المنطقية الضبابية ) FLC ( التي تعمل على تحسين أداء تردد العاكس. تم تحسين مكاسب FLC باستخدام خوارزمية التطور التفاضلي ) DE (. والثاني هو طريقة تحكم سلسة في الًنتقال تتيح التبديل السلس بين وضعي الجزيرة والمتصلة بالشبكة. يتم التحقق من صحة منهجيات التحكم المقترحة من خلال التحليل الشامل والمحاكاة غير الخطية باستخدام MATLAB / Simulink . توضح النتائج أن خوارزمية التحكم الهرمي المقترحة ومنهجيات التحكم تنظم بشكل فعال عملية الشبكة الدقيقة وتعزز أداء عاكس VSG ، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات المختلفة.

English Abstract

Due to the increasing carbon emission in the atmosphere, the world is witnessing a transition in the power system with the integration of renewable energy sources (RESs). According to the international energy agency (IEA), RESs are set to expand by 50% between 2019 and 2024. Moreover, 50% of the generation is planned to be from RESs in Saudi Arabia by 2030. However, these RESs require interfacing devices to be properly integrated into the grid, i.e., inverters. As a result, inverter-based resources (IBRs) are respectively increasing. However, the working principle of IBRs is completely different from synchronous generators (SGs) which are the main energy source in the conventional grid. Therefore, the need for new control methodologies, which resolve the stability problem of low-inertia grids, is critically substantial. In this Thesis, we propose a microgrid system comprising a DC side, an AC side, and an external grid. A hierarchical control algorithm is proposed to manage the power flow between the DC side components (PV, batteries, and supercapacitors) while regulating the DC bus voltage. The regulated DC bus voltage is fed into the AC side, which features a grid-forming inverter based on the virtual synchronous generator (VSG) topology. Two control methodologies are proposed to enhance the VSG inverter. The first is an adaptation control method based on a fuzzy logic controller (FLC) that optimizes the inverter's frequency performance. The gains of the FLC are optimized using the differential evolution (DE) algorithm. The second is a seamless transition control method that enables seamless switching between the islanded and grid-connected modes. The proposed control methodologies are validated through comprehensive analysis and nonlinear simulations using MATLAB/Simulink. The results demonstrate that the proposed hierarchical control algorithm and control methodologies effectively regulate the microgrid operation and enhance the performance of the VSG inverter, making it suitable for various applications.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Alowaifeer, Maad
Committee Members:	Abido, Mohammed Ali and Kassas, Mahmoud
Depositing User:	YOUSSEF AWDA (g202103350)
Date Deposited:	06 Jun 2023 06:44
Last Modified:	06 Jun 2023 06:44
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142422