مدلسازی دینامیکی ریزشبکه‌ی بهم‌پیوسته‌ی AC/DC در شناورها و تعدیل حالت‌های گذرای ناشی از تغییرات پالسی بار در آن
الموضوعات :
مصطفی زمانی
1
,
آرش دهستانی کلاگر
2
,
مهدی مصیبی
3
,
محمدرضا علیزاده پهلوانی
4
1 - مجتمع دانشگاهی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
2 - مجتمع دانشگاهی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
3 - مجتمع دانشگاهی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
4 - مجتمع دانشگاهی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
الکلمات المفتاحية: اغتشاش حاصل از کلیدزنی بارها, پایداری ریزشبکه, کلیدزنی بارهای پالسی, مدلسازی دینامیکی ریزشبکه,
ملخص المقالة :
ریزشبکه‌های AC/DC شناورهای مدرن بدلیل افزایش بارهای با توان بالا و توسعه‌ی سیستم‌های ذخیرهسازی انرژی تغییرات چشمگیری داشته‌اند. در این مقاله مدل استخراج شده‌ی ریزشبکه، مدل اصلی‌ِ توسعه‌یافته در چارچوب مرجع dq است و نتایج شبیه‌سازی‌ها تأثیرِ دینامیکیِ ناشی از هرگونه ناپایداری بین زیرسیستم‌های AC و DC ریزشبکه را نشان می‌دهند. بدین ترتیب با توجه به نتایج شبیه‌سازی‌های انجام شده، زیرسیستم‌های AC/DC ریزشبکه در صورت بروز حالت‌های گذرایی مانند اتصال کوتاه، کلیدزنی بارهای توان بالا و وقوع قوس الکتریکی، ویژگی‌های گذرای متفاوتی خواهند داشت که منجر به ناپایداری ریزشبکه می‌شوند. توانایی ریزشبکه در حفظ پایداری تا حد زیادی به میرا کردن نوسان‌های الکترومکانیکی توسط کنترل‌کننده‌های موجود در ریزشبکه‌ی AC/DC بستگی دارد که مطالعه و طراحی این کنترل‌کننده‌ها را بسیار مهم می‌سازد. جهت تعدیل حالت‌های گذرای زیرسیستم DC از کنترل‌کننده‌ی حلقه بسته‌ی PI در سیستم ذخیرهسازی انرژی به منظور کنترل سیکل‌ِ کاریِ کلیدهای IGBT مبدل DC/DC استفاده شده است. بنابراین با طراحی مناسب کنترل‌کننده‌ی سیستم ذخیرهسازی انرژی، حالت‌های گذرا در زیرسیستم DC در صورت بروز ناپایداری‌های ناشی از تغییرات پالسی بار به طور چشمگیری کاهش یافته و سبب تعدیل حالت‌های گذرای ریزشبکه خواهد شد. در این مقاله از روش دوم لیاپانوف برای ارزیابی پایداری ریزشبکه‌ی AC/DC استفاده شده است.
[1] L. Xu et al., "A review of DC shipboard microgrids - part I: power architectures, Energy Storage, and Power Converters," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 37, no. 5, pp. 5155-5172, May 2022.
[2] N. Doerry, "Next generation integrated power systems (NGIPS) for the future fleet," in Proc. IEEE Electric Ship Technologies Symp., Baltimore, MD, USA, 14-16 Sept. 2009.
[3] P. S. Sarker, Dynamic Modeling, Stability Analysis and Control of AC/DC Interconnected Microgrid Using DQ-Transformation, Ph.D. Thesis, Temple Iniversity, USA, 2018.
[4] –, IEEE Recommended Practice for 1 kV to 35 kV Medium-Voltage DC Power Systems on Ships, IEEE Std. 1709-2010, pp. 1-54, Nov. 2010.
[5] –, IEEE Guide for the Design and Application of Power Electronics in Electrical Power Systems on Ships, IEEE Std. 1662-2008, pp. 1-72, 2009.
[6] –, IEEE Standard for Power Electronics Open System Interfaces in Zonal Electrical Distribution Systems Rated Above 100 kW, IEEE Std. 1826-2012, pp. 1-46, 2012.
[7] N. Doerry and J. Amy, “DC voltage interface standards for naval applications,” in Proc. IEEE Electric Ship Technologies Symp., 2015, pp. 318-325, Old Town Alexandria, VA, USA, 21-24 Jun. 2015.
[8] –, IEC/IEEE International Standard - Utility Connections in Port – Part 1: High Voltage Shore Connection (HVSC) Systems – General Requirements, IEC/IEEE 80005-1:2019, pp. 1-178, 2019.
[9] H. Zhang, Q. Wang, H. Chen, Y. Xu, and Y. Wang, "Comparative analysis of IEC 61000-4-30 evolution in power quality," in Proc. 21st Int. Conf. on Harmonics and Quality of Power, pp. 701-705, Chengdu, China, 15-18 Oct., 2024.
[10] M. Valdes and H. Floyd, "Considerations for adapting IEEE 1584-2002 arc flash study pesults to a post IEEE 1584-2018 risk assessment," IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 57, no. 6, pp. 5562-5570, Aug. 2021.
[11] D. R. Doan, "Arc flash Calculations for Exposures to DC systems," IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 46, no. 6, pp. 2299-2302, Dec. 2010.
[12] L. Xu, et al., "A review of DC shipboard microgrids - part II: control architectures, stability analysis, and protection schemes," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 37, no. 4, pp. 4195-4120, Oct. 2022.
[13] S. Kim, Protection Coordination in Marine DC Power Distribution Networks, Ph.D. Thesis, EPFL, Switzerland, 2020.
[14] H. Liu, H. Guo, J. Liang, and L. Qi, "Impedance-based stability analysis of MVDC systems using generator-thyristor units and DTC motor drives," IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 5, no. 1, pp. 5-13, Mar. 2016.
[15] –, IEEE Electric Ship Technologies Symposium, Baltimore, MD, USA, 14-16 Sept. 2009.
[16] N. Eghtedarpour and E. Farjah, "Power control and management in a Hybrid AC/DC microgrid," IEEE Trans. Smart Grid, vol. 5, no. 3, pp. 1494-1505, May 2014.
[17] K Chaijarurnudomrung, K. N. Areerak, and K. L. Areerak, "Modeling and stability analysis of AC-DC power system with controlled rectifier and constant power loads," WSEAS Trans. on Power Systems, vol. 6, no. 2, pp. 31-41, Apr. 2011.
[18] J. Shi, R. Amgai, and S. Abdelwahed, "Modelling of shipboard medium-voltage direct current system for system level dynamic analysis," IET Electrical Systems in Transportation, vol. 5, no. 4, pp. 156-165, Dec. 2015.
[19] Il-yop Chung, Wenxin Liu, David A Cartes, Soo-hwan Cho, and Hyun-koo Kang, "Controller optimization for bidirectional power flow in medium-voltage DC power systems," Journal of Electrical Engineener & Technology, vol. 6, no. 6, pp. 750-759, 2011.
[20] –, IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, Alexandria, VA, USA, 10-13 Apr. 2012.
[21] P. S. Sarker and S. Biswas, "Modeling and non-linear stability analysis of ac/dc interconnected microgrid using dq-transformation considering generator dynamicsm," in Proc. 44th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, pp. 4039-4044, Washington, DC, USA, 21-23 Oct. 2018.
[22] P. M. Andersonand C. A. A. Fouad, Power System Control and Stability, Second Edition, John Wiley & Sons, 2008.
[23] K. N. Areerak, S. V. Bozhko, G. M. Asher, and D. W. Thomas, “Stability analysis and modelling of AC-DC system with mixed load using DQ-transformation method," in Proc. IEEE Int. Symp. on Industrial Electronics, 6. pp., Cambridge, UK, 30 Jun.- 2 Jul. 2008.
[24] M, Djibo, Protection and Disturbance Mitigation of Next Generation Shipboard Power Systems. Ph.D. Thesis, Old Dominion University, USA, 2021.
[25] Y. Lu, Optimal Scheduling and Loadsharing of a Hybrid Power Plant with Gensets and Battery Banks, Master Thesis, Norwegian University of Science and Technology, Norway, 2019.
[26] J. Zhang, Bidirectional DC-DC Power Converter Design Optimization, Modeling and Control, Ph.D. Thesis, Virginia Polytechnic Institute, USA, 2008.
[27] N. Zohrabi, Distributed Predictive Control for MVDC Shipboard Power System Management, Ph.D. Thesis, Mississippi State University, USA, 2018.
