Date of Award
11-2019
Document Type
Thesis
Degree Name
Master of Science in Electrical Engineering (MSEE)
Department
Electrical Engineering
First Advisor
Dr. Hussain Shareef
Second Advisor
Dr. Mousa Hussein
Third Advisor
Dr. Addy Wahyudie
Abstract
The majority of the energy demand over the past years has been fulfilled by centralized generating stations. However, with a continuously increasing energy demand, the integration of decentralized renewable energy sources (RES) into the power system network becomes inevitable even though these sources affect the stability of the grid due to their intermittency and use of various power converters. The transmission of power over long distances from RES is usually accomplished either by AC or DC transmission. High voltage DC transmission (HVDC) is preferred over high voltage AC transmission (HVAC) due to numerous and complex reasons, such as its lower investment cost for long transmission cables, lower losses, controllability, and limited short circuit currents. Several control methods for grid-connected voltage source converters (VSCs), such as power-angle and vector-current controls, are being adopted in RES interconnections. However, these methods face several issues when used for a weak grid interconnection. This thesis develops a control strategy for a VSC–HVDC transmission system by referring to the synchronverter concept. In the proposed method, the sending-end rectifier controls emulate a synchronous motor (SM), whereas the receiving end inverter emulates a synchronous generator (SG) to transmit power from one grid to another. The two converters connected by a DC line provide a synchronverter HVDC (SHVDC) link. Given the high demand for sustainable energy, integrating RES—which can be extended to wind-based resources—into the long-haul HVDC link becomes essential. Therefore, in this thesis, a windfarm with a type 4 permanent magnet SG is integrated into the HVDC link through a rectifier. Depending on the wind speed, the proposed control strategy automatically shares and manages the wind generator power on the DC side by using a battery energy storage system (BESS) connected to the HVDC link to stabilize the power fluctuations generated by the intermittency of the wind farm. The performance of the synchronverter-based HVDC transmission was verified by using a MATLAB Simulink model. Results show that the controller can effectively control the power flow from one grid to another and that the effect of wind fluctuation on the grid can be mitigated by introducing a BESS at the DC link. Therefore, by properly controlling the SHVDC, BESS, and RES connected to the HVDC system, the power from remote RES can be connected to a weak AC grid in a stable manner.
Recommended Citation
Kanakkayil, Mohamed Asker, "Synchronous Machine Emulation of Vsc for Interconnection of Renewable Energy Sources through Hvdc Transmission" (2019). Electrical Engineering Theses. 5.
https://scholarworks.uaeu.ac.ae/electric_theses/5
Comments
احتلت محطات تولید الطاقة المركزیة الجزء الأكبر و الأھم لتلبیة الاحتیاجات في السابق، و لكن مع تزاید الطلب على الطاقة كان لابد من دمج المصادر المتجددة للطاقة و تنویع مصادر تولید الطاقة في الشبكة الحالیة و توجد العدید من السلبیات أو النتائج المترتبة على دمج المصادر المتجددة منھا التأثیر على ثبات و استقرار الشبكة و الذي بدوره یعود إلى طبیعة ھذه المصادر بالإضافة إلى استخدام أنواع مختلفة من محولات الطاقة. تتم عملیة نقل الطاقة من مصادر الطاقة المتجددة عبر مسافات طویلة إما عن طریق نقل التیار المتغیر أو نقل التیار الثابت، و لكن غالبا یفضل نقل الطاقة عن طریق نقل التیار الثابت ذو الجھد العالي، یعود السبب في ذلك إلى انخقاض التكلفة و الخسائر في الطاقة و حالات انقطاع التیار بالإضافة إلى سھولة السیطرة على ھذا النوع من أنواع النقل. یوجد العدید من الطرق المتبناة للتحكم بمحولات مصادر الجھد المتصلة بالشبكة من أبرزھا التحكم عن طریق زاویة الطاقة أو التحكم عن طریق التیار و اتجاھھ. بید أن ھناك بعض المشاكل التي یواجھھا الناس عند استخدام ھذه التقنیات أو الأسالیب عند النقاط الضعیفة في الشبكة.
تھدف ھذه الأطروحة إلى تطویر استراتیجیة للتحكم بمحولات مصادر الجھد المستخدمة في عملیة نقل التیار الثابت ذو الجھد العالي بالاعتماد على فكرة التزامن و التحویل. تعتمد ھذه الطریقة على وجود طرفان، الطرف المرسل الذي یحتوي على مقوم یقوم بالتحكم عن طریق محاكاة طریقة عمل المحركات المتزامنة ، و الطرف المستقبل الذي یقوم بمحاكاة طریقة عمل المولدات المتزامنة. الطرفان متصلان عبر خط تیار ثابت و ھذا النوع من الروابط یدعى رابط التزامن و التحویل
في ھذه الأطروحة، ستعمل مزرعة الریاح التي تتكون من النوع الرابع من المولدات المتزامنة التي تحتوي على مغناطیسات دائمة باستخدام رابط التزامن و التحویل عن طریق المقوم معا. اعتمادا على سرعة الریاح سوف تتم مشاركة و إدارة استراتیجیة التحكم بالطاقة بمولدات الریاح من طرف التیار الثابت بشكل تلقائي، بالإضافة إلى ذلك یوجد نظام مكون من بطاریات لحفظ الطاقة متصلة برابط التزامن و التحویل و ذلك بھدف المحافظة على استقرار التقلبات في الطاقة بسبب طبیعة الریاح الغیر مستقرة. تم إثبات فعالیة ھذا النظام المتكامل عن طریق استخدام برنامج المات لاب للمحاكاة، و أكدت النتائج على أن ھذا النوع من الأنظمة یمكنھ التحكم بشكل فعال باتجاه و تدفق الطاقة من شبكة إلى أخرى. و تؤكد النتائج أیضا أنھ من الممكن تقلیل تأثیر الریاحو طبیعتھا الغیر مستقرة عن طریق نظام البطاریات المستخدمة لحفظ الطاقة و المتصلة بالرابط.
في الختام، یمكننا القول بأن ھذا النوع من الأنظمة المتكاملة یساعد في عملیة ربط الطاقة عن بعد من مصادر الطاقة المتجددة بالنقاط الضعیفة في الشبكة بطریقة ثابتة و مستقرة.