Skip to main content
SUPERVISOR
Hamid Reza Karshenas
حمیدرضا کارشناس (استاد راهنما)
 
STUDENT
Fariba Asghari
فریبا اصغری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Investigation of resonance in networks with multiple inverter-based renewable energy systems
This thesis is concerned with resonance phenomenon in distribution power grids when multiple grid-connected Photovoltaic (PV) inverters are installed in the vicinity of each other. This situation can happen for example in roof-top ac-module installations where a large number of PV inverters are connected to the grid. Using renewable and clean energy sources such as wind and solar has been growing rapidly in recent years due to fossil energy crisis and rising level of greenhouse gases. In this regard, PV energy harvesting has become very popular due to many factors such as its scalability and the possibility to use roof-top PV panels in any size and number. Inserting solar energy to ac grid through PV process always involves a solid state inverter due to the fact that PV energy is dc while almost all grids are ac. Such an inverter always includes a passive filter at its output in order to attenuate the current harmonics generated by inverter and prevent their injection to grid. In the areas where there is a large penetration of such inverters into distribution grid, the aggregation of inverters and the fact that their output filter appear in parallel with each other can change the resonance behaviour of the network, leading to unwanted voltage amplifications due to resonant phenomenon. The resonance occurs as a result of interaction between the aggregated filter capacitors and grid reactance. In this thesis, analytical studies are presented in order to investigate this phenomenon. A comprehensive modelling of a network with multiple grid-connected inverters is derived. This model is obtained by modelling the inverter as a controlled current source, i.e. its Norton equivalent circuit. The first stage of studies is carried out by considering only the effect of passive components on frequency response. The frequency response of such a network with LCL output filter is obtained. In the second stage, the complete inverter including its control system is taken into consideration. In this regard, various types of controllers used in single-phase grid connected inverters are investigated. Single-phase inverters are chosen in these studies as most ac-modules are single phase. Two important types of controllers that are investigated are proportional-resonance (PR) and deadbeat (DB) controllers. The effect of different parameters such as the number of inverters, the impedance of connecting lines and controller structure and parameter on the resonance behaviour of network is shown. It is shown that with certain number of parallel inverters, the possibility of occurring resonance at characteristic harmonics of network becomes high. The studies in this thesis are carried out by two different approaches and verified by each other. In one approach, the s-domain transfer function of multi-inverter system is derived and low-damped poles are recognised. In another approach, the time domain simulation of the same multi-inverter system is performed. The agreement between the results of these two approach shows the validity of modelling. The studies are concluded by proposing improved controllers with the aim of mitigating resonance. Keywords: Grid connected inverter,Resonance,Photovoltaic systems,LCL filter
در این پایان‌نامه، پدیده رزونانس در شبکه‌های قدرت که شامل تعداد زیادی اینورترهای فتوولتایی متصل به شبکه می‌باشند مورد بررسی قرار گرفته است. در سال‌های اخیر کاربرد منابع پراکنده مبتنی بر انرژی‌های تجدیدپذیر جهت دستیابی به منابع انرژی پاک و پایدار افزایشیافته است. در این زمینه،سیستم‌های فتوولتایی‌ در حال تبدیل به یک تکنولوژی معمول جهت تولید انرژی می‌باشند. با توجه به ماهیت تولیدdc این منابع و مصرف غالب انرژی الکتریکی بصورت ac، اینورتر یکی از اجزای اصلی سیستم‌های فتوولتایی می‌باشد. در این رابطه، استفاده از فیلترهای پسیو جهت کاهش ریپل جریان تزریقی به شبکه همیشه مرسوم بوده‌است. طراحی و ساختار این فیلترها که معمولاً فقط یک سلف یا با ساختار LCL می‌باشند، تابعی از پارامترهای مختلف نظیر فرکانس کلیدزنی اینورتر و دامنه مجاز هارمونیک‌های تزریقی به شبکه است. زمانی که ضریب نفوذ سیستم‌های فتوولتایی در شبکه افزایش می‌یابد، اثر جمعی این فیلترها می‌تواند بر روی فرکانس رزونانس شبکه تأثیرگذار بوده و آن‌ را به سمت فرکانس‌های پایین‌تر انتقال دهد. در اینپایان‌نامه به طور خاص، تاثیر مبدل‌های فتوولتایی به‌همراه فیلتر خروجی آن‌ها برروی پدیده‌ی رزونانس مورد بررسی قرار می‌گیرد. نشان داده شده است که علاوه بر پارامترهای سیستم قدرت و فیلتر خروجی اینورتر و تعداد اینورترها، سیستم کنترلی اینورتر نیز از گزینه‌های مؤثر در وقوع پدیده رزونانس می‌باشد. کنترل‌کننده‌های متفاوتی جهت کنترل جریان اینورترهای تکفاز متصل به شبکه معرفی شده‌اند. در این میان کنترل‌کننده تناسبی-رزونانسی با جبران هارمونیکی و کنترل‌کننده باند مرده به دلیل کاربرد زیاد و کارایی مطلوب در محیط‌های هارمونیکی مورد توجه قرار می‌گیرند. در این پایان‌نامه با مدل‌سازی مناسب شبکه و بهره‌گیری از مدل نورتون برای اینورتر با لحاظ نمودن سیستم کنترلی، میزان تأثیر کنترل‌کننده‌های معرفی شده در رویارویی با پدیده رزونانس مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. ثابت می‌شود اگر کنترل‌کننده به‌صورت مناسب طراحی نشود و یا در طراحی آن پیش‌بینی‌هاییجهت امکان افزایش تعداد اینورترها در شبکه صورت نگیرد،احتمالوقوعمشکلاتیچوناعوجاجبالادرجریانتزریقیاینورتریاناپایداریسیستمافزایشمی‌یابد. ابتدا مطالعاتدر حوزه‌ی فرکانس انجام شده و از طریق شبیه‌سازی در حوزه‌ی زمان تکمیل می‌گردد. در ادامه با بهره‌گیری از مکان هندسی ریشه‌های سیستم چنداینورتری با تغییر تعداد اینورترها، الگوی رفتار اینورتر در رویارویی با پدیده رزونانس با کنترل‌کننده‌های مذکور پیش‌بینی و تعیین می‌گردد. در پایان با کاربرد فیدبک‌های اضافه در سیستم کنترلی و معرفی کنترل‌کننده‌های بهبودیافته، اثرات نامطلوب رزونانس در شبکه حذف خواهد شد. کلمات کلیدی: 1-اینورتر متصل به شبکه2-رزونانس3- سیستم‌های فتوولتایی4- فیلترLCL

ارتقاء امنیت وب با وف بومی