Skip to main content
SUPERVISOR
Hamid Reza Karshenas
حمیدرضا کارشناس (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mostafa Shabani
مصطفی شعبانی

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Transient performanceanalysis of islanded microgrids with converter-based and synchronous generator sources
This thesis presents a control strategy to improve the transient performance of standalone microgrids with converter-based Distributed Generation (DG) units. Distribution networks are experiencing rapid penetration of Distributed Generation units into them. Such a scheme provides many benefits such as higher reliability, lower losses, transmission line expenses deferral and the possibility of integration of a variety of small generating units including renewable energy resources. Sometimes, a part of utility grid which consists of one or several DGs and local loads forms an autonomous system which is known as Microgrid (MG). In such scenario and in the absence of utility grid, DGs are responsible for maintaining voltage and frequency of the islanded MG within acceptable limits. Many DGs and energy resourcessuch as PV, fuel-cells, storage systems and microturbinesmust be interfaced to the ac utility grid by means of a static converter. TheseDGs inherently have a fast dynamic response due to the lack of any mass and inertia. On the other hand, other types of DGs such as diesel-generators have relatively slower dynamic response due to the presence of rotating mass of both diesel engine and synchronous generator. This difference in dynamic response of two types of DGs may sometimes become problematic. For example, in the case when a step load change occurs in a standalone MG, converter-based source naturally tends to respond faster and thus take up the majority of load during transients. This may result in several issues such as converter overload, unwanted oscillation or unacceptable voltage dips at DG terminals or other grid buses. In this thesis, the methods for alleviating the above mentioned problems are investigated. In doing so, the control structure of a diesel-generatorand a converter-based source in a standalone MG are modeled and their performance is evaluated. The transient performance of a MG after a step load change is studied using time-domain simulations. It is shown how a converter-based DG is overloaded due to its faster dynamic response. The performance of the system after adding a current limiter is studied. The drawbacks associated with a simple limiter are shown.A new structure is proposed to improve the performance of limiters added to the control structure. Any type of limiter will have negative impact on the performance of control system. Therefore, a control structure with no limiter is proposed to control inverter output current and prevent over currents. The proposed method has stable operation and prevents saturation of control signals, thus avoiding undesirable performance. Simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed method. Keywords: Distributed Generation; Standalone microgrid; Converter-based DG, Synchronous generator DG; current limiter
این پایان‌نامه به بررسی و بهبود عملکرد گذرای ریزشبکه‌های جزیره‌ای در حضور منابع پراکنده متنوع می‌پردازد.امروزه استفاده از منابع انرژی پراکندهدر شبکه‌های توزیع با هدف افزایش قابلیت اطمینان در تأمین انرژی، تلفات کمتر، رقابتی کردن تولید و امکان استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر گسترش یافته است. مجموعه‌ای از این منابع و بخشی از بارهای نزدیکشان شبکه‌ی کوچکی به نام «ریزشبکه» را تشکیل می‌دهند که ویژگی اصلی آن امکان جدا شدن از سیستم قدرت و عملکرد به‌صورت جزیره‌ای و خودگردان است. تفاوت در ماهیت ساختاری این منابع انرژی پراکنده و به‌کارگیری سیستم‌های کنترلی متفاوت باعث شده است که این منابع از نظر سرعت عملکرد با یکدیگر یکسان ‌نباشند. به عنوان مثال منابعی مانند دیزل ژنراتورهای سنکرون نسبت به منابع مبتنی بر اینورتر از سرعت عملکرد پایین‌تری برخوردار هستند. در ریزشبکه‌های جزیره‌ای این تفاوت در سرعت عملکرد منابع می‌تواند باعث بروز اضافه جریان‌های گذرا در منبع اینورتری ‌شود که در صورت مهار نشدن علاوه بر وارد ساختن صدمه به کلیدهای نیمه هادی، کیفیت توان ریزشبکه را نیز کاهش می‌دهد. این پایان‌نامه به مطالعه ساختار این ریزشبکه‌های جزیره‌ای و عملکرد گذرای منابع در آن می‌پردازد. برای این منظور ساختار کنترلی یک دیزل ژنراتور سنکرون و یک منبع اینورتری مدل‌سازی و عملکرد آن‌ها ارزیابی می‌شود. همچنین برای بررسی اثرات مدار واسط dc بر دینامیک منابع اینورتری، مدل فضای حالت یک ریزشبکه جزیره‌ای در حضور منابع اینورتری و مدار واسط dcآن‌ها محاسبه می‌گردد. در ادامه عملکرد گذرای این منابعو راهکارهای موجود در زمینه کنترل اضافه جریان در منبع اینورتری مورد مطالعه قرار می‌گیرد. ساختار کنترلی یک محدودکننده جریان در منبع اینورتری مدل‌سازی شده و پس از مشخص کردن معایب آن، با ارائه ساختاری کنترلی عملکرد آن بهبود داده می‌شود. در نهایت ساختار کنترلی پیشنهاد می‌گردد که در آن بدون استفاده از محدودکننده مستقیم، جریان خروجی منبع اینورتری کنترل و از بروز اضافه جریان در آن جلوگیری می‌شود. روش ارائه شده از به اشباع رفتن مؤلفه‌های کنترلی جلوگیری می‌کند و نوسان ناخواسته‌ای را به ریزشبکه وارد نمی‌سازد. به منظور مطالعه و بررسی صحت رفتار روش پیشنهادی، یک ریزشبکه نمونه معرفی و نتایج شبیه‌سازی ارائه می‌گردد. کلمات کلیدی: منابع انرژی پراکنده، ریزشبکه جزیره‌ای، منابع اینورتری، ژنراتورهای سنکرون، محدودکننده جریان

ارتقاء امنیت وب با وف بومی