Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmadreza Tabesh
احمدرضا تابش (استاد راهنما)
 
STUDENT
Sayedamir Sayedfatahi
سیدامیر سیدفتاحی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

ِDesign Considerations of DC Micro-grids Including Photovoltaic Power Plants
: This thesis deals with the design consideration of dc microgrids with emphasis on the selection of medium voltage level based on a techno-economical analysis. Conventional ac microgrids use electronically-interfaced distributed generation units which often include renewable energy resources such wind and photovoltaic power plants. Many renewable resources and energy storages primarily use dc-links in their power converter units. On the other hand, the end-user consumers of the energy often need to receive electric power in dc form. Hence, in a microgrid with renewable resources, the generated power can be more effectively transferred to the loads if a dc transmission system is used instead of an ac one. The idea of using dc microgrid is now among the promising solutions for the expansion of future microgrids due to the vast amount of incentives in proliferations of renewable resources. The main challenges in developing dc power systems are dc/dc high-power conversion and dc circuit breakers. Recent advances in high-power converter topologies and especially developing topologies for dc circuit breakers enable realization of dc power systems as an emerging solution for more efficient microgrids in near future. The thesis mainly investigates the design considerations and control issues of dc microgrids, specifically with focus on the design of medium voltage levels for an optimal operation based on a trade-off between initial cost and power losses. The suggested design algorithm is then used for the design of a virtual dc-microgrid for Isfahan University of Technology (IUT) as a case study. In this case study, the loads estimated based on status of the campuses and residential areas at IUT. Two photovoltaic power plants in kW and MW-scales are also considered in the suggested dc microgrids. The thesis also presents a power flow method for dc power systems including high-power dc/dc converters. Such an algorithm for power flow analysis has not been systematically discussed in existing literatures for the dc power systems. In the last part of the thesis, the controller design issue for a dc-microgrid is investigated which is mainly established based on extension of the concepts of primary, secondary, and tertiary control loops in conventional ac microgrids. Finally, the performance of the designed controllers is investigated based on time-domain simulation of a study system in PSCAD/EMTDC simulation software tool. The simulation results show that the suggested control provision for the dc microgrid can maintain the stability of the voltages at dc buses following various disturbances and fault scenarios within the system. Keywords: DC power systems, dc microgrids, renewable energy resources, photovoltaic power plants, distributed generations, dc power system design.
سیستم‌های تولید، انتقال و توزیع فعلی که در صنعت برق به کار می‌روند، غالباً از نوع سیستم‌های جریان متناوب(ac) می‌باشند که توسط ترانسفورمرهای قدرت، سطوح ولتاژ مختلف را به سهولت به یکدیگر تبدیل نموده و همین ویژگی باعث گسترش سریع این سیستم‌ها از زمان معرفی آن‌ها تاکنون شده است. با افزایش سرمایه‌گذاری‌هایی که امروزه بر روی منابع تولید پراکنده به ویژه منابع انرژی تجدیدپذیر می‌شود، نیاز به ساختارهای جدید برای افزایش بازده و کاهش هزینه توزیع این نوع منابع به صورت جدی مطرح شده است. منابع تولید پراکنده‌ی تجدید پذیر، نظیر نیروگاه‌های فتوولتایی و پیل سوختی ذاتاً جریان مستقیم (dc) هستند و در نیروگاه‌های بادی نیز به دلیل ماهیت نوسانی سرعت باد، به نحوی از مبدل‌های الکترونیک قدرت با لینک dc استفاده می‌شود. از این رو برای اتصال این منابع به سیستم توزیع ac از مبدل‌های واسط الکترونیک قدرت استفاده می‌شود که علاوه بر کاهش قابلیت اطمینان، خود باعث ایجاد تلفات و افزایش هزینه‌ی بهره برداری از این گونه منابع می‌شود. به همین دلیل، اخیراً استفاده از سیستم توزیع dcبه منظور اتصال و توزیع انرژی منابع تجدید پذیر، به عنوان جایگزین و یا رقیب جدی سیستم‌های ac مرسوم مطرح شده‌است. این پایان نامه به بررسی برخی از مسائل مرتبط با طراحی و کنترل شبکه‌های توزیع و ریزشبکه‌‌های dc با تاکید بر طراحی سطوح ولتاژ مناسب در سطح ولتاژ متوسط می‌پردازد و در آن مراحل طراحی یک ریز شبکه dc نمونه برای شبکه دانشگاه صنعتی اصفهان نیز ارائه می‌شود. از آنجا که در حال حاضراستانداردها‌ی طراحی شبکه‌های توزیع dc در مرحله تدوین قرار دارند، ارائه روش‌های طراحی این نوع شبکه‌ها در صدر مسائل تحقیقاتی قرار دارند. بخش اول این پایان‌نامه، به ارائه روشی برای طراحی بهینه‌ی این سطوح ولتاژ از نقطه نظر فنی و اقتصادی می‌پردازد. در این راستا، ضمن بررسی مشخصه‌های اجزای مختلف یک شبکه dc نظیر مبدل‌های dc/dc توان بالا، یک روش پخش بار مناسب برای شبکه‌های dc شامل این نوع مبدل‌ها ارائه شده و با استفاده از آن و با در نظرگرفتن قیود فنی و اقتصادی، الگوریتمی برای تعیین ولتاژهای بهینه که در این شبکه نیاز است، پیشنهاد می‌شود. همچنین با توجه به اینکه تمرکز اصلی این پایان‌نامه بر طراحی ریز شبکه‌های dc شامل نیروگاه‌های فتوولتایی می‌باشد، بررسی انواع کلکتورهای مناسب برای اتصال این نیروگاه‌ها به شبکه‌ی dcو هم‌چنین مقایسه‌ی آن‌ها با شبکه‌ی ac مشابه به تفضیل و با تاکید بر بازده این کلکتورها مورد بررسی قرار گرفته است. در بخش دوم این پایان‌نامه، عملکرد و رفتار دینامیکی سیستم کنترل ریزشبکه‌ی dc به هنگام وقوع خطاهای الکتریکی از طریق شبیه سازی‌های حوزه زمان مورد بررسی قرار گرفته است که درآن یک ریزشبکه‌ی شامل دو منبع تولید فتوولتایی و یک سیستم ذخیره ساز به همراه بارهای dc و ac مورد مطالعه قرارگرفته‌است. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می‌دهد که در یک ریزشبکه‌یdc با ساختار کنترلی مناسب، امکان حفظ پایداری نقطه کار پس از بروز خطا و برطرف شدن آن وجود دارد و سیستم کنترل می ‌تواند شارش توان در ریزشبکه را پس از برطرف شدن خطاهای سمت dc یا ac، مدیریت کرده و ولتاژ باسdc را در مقدار نامی تثبیت کند. کلمات کلیدی: منابع انرژی تجدید پذیر،کلکتورهای dcفتوولتایی، منابع تولید پراکنده، سیستم توزیع dc ، طراحی ریزشبکه‌ dc

ارتقاء امنیت وب با وف بومی