دانلود پایان نامه مدلسازی عددی کارآمد مبدل چندسطحی مدولار با ذخیره انرژی باتری یکپارچه

1. مقدمه 2. مروری بر MMC معمولی 3. روش کنترل و مدلسازی کارآمد 4. نتایج شبیه سازی و بحث و بررسی 5. نتیجه گیری و کارهای آینده

چکیده – ترکیب ذخیره انرژی مقیاس بزرگ در شبکه قدرت کنونی موجب تغییر تمرکز و توجه پژوهشی و توسعه تلاش ها از مبدل های سنتی دو یا سه سطحی به مبدل های مدولار چند سطحی شده است. علت انعطاف پذیری مبدل های مدولار چندسطحی در ایجاد امکان یکپارچه سازی سیستم های ذخیره انرژی باتری با خازن های مدول های فرعی است. مبدل های مدولار چندسطحی با سیستم ذخیره انرژی یکپارچه هم اکنون برای استفاده در شبکه های ولتاژ متوسط و پائین مورد هدف قرار گرفته که در آنها سلول های باتری را می توان در بازوهای مبدل به طور موثری توزیع کرد تا قابلیت اطمینان شبکه قدرت را افزایش دهد و ولتاژ اتصال dc لازم را حفظ کند. بنابراین مدل سازی و شبیه سازی مبدل های ذخیره انرژی برای درک کامل عملیات، کنترل، و عملکرد آنها در همه سناریوها پیش از اجرای سخت افزار ضروری است. با این حال مدل سازی ساختار جزئی و کامل مدار این مبدل ها با استفاده از نرم افزارهای شبیه سازی گذار الکترومغناطیسی (EMT) مانند PSCAD/EMTDC, EMTP-RV یا MATLAB®/Simulink می تواند دشوار و به لحاظ محاسباتی پرهزینه باشد که نیازمند زمان اجرای قابل توجه CPU به دلیل تعداد زیاد مدول های فرعی و پیچیدگی مدار است. در این پایان نامه، یک روش مدل سازی عددی کارآمد برای مبدل های چندسطحی مدولار با ذخیره انرژی یکپارچه پیشنهاد می شود. این روش شامل استفاده از یک مدل معادل دقیق است که قادر به حفظ اطلاعات و دقت و مدل دقیق در عین حذف نیاز به نمایش تعداد بزرگی از گره های الکترونیک است. این امر با استفاده از مدارهای معادل تونن در حوزه زمان گسسته محقق می شود که بعد ماتریس اجرای معادل در شبیه سازی EMT را کاهش می دهد. در نتیجه بار محاسباتی اجرای مدل مبدل دقیق روی یک سیستم سه فاز به شدت کاهش می یابد. در مقایسه با نتایج مدل دقیق مشخص شد که این مدل معادل نتایج شبیه سازی دقیقی تولید می کند و به بهبود قابل توجه بازده شبیه سازی تا 38 برابر نسبت به بازده DM برای مبدل های چندسطحی مدولار 30-SM به ازای هر بازو با ذخیره انرژی یکپارچه دست می یابد.

The incorporation of large-scale energy storage into the existing power grid has resulted in a shift in the focus and interest of research and development efforts from traditional two- or three-level converters to modular multilevel converters. This is due to the flexibility of modular multilevel converters in allowing for the integration of battery energy storage systems within their submodule capacitors. Modular multilevel converters with integrated energy storage are currently being targeted for use in low- to medium-voltage grids, where the small battery cells can be efficiently distributed within the converter arms to increase the reliability of the power grid and maintain the necessary dc-link voltage. Therefore, it is essential to model and simulate these energy-storing converters in order to fully understand their operations, control, and performance in all scenarios prior to hardware implementation. However, modeling the complete, detailed circuit structure of modular multilevel converters using Electro-Magnetic Transient (EMT) simulation software, such as PSCAD/EMTDC, EMTP-RV, or MATLAB®/Simulink, can be a cumbersome and computationally expensive task, requiring significant CPU execution time due to a large number of submodules and circuit complexity. In this thesis, a numerically efficient modeling method is proposed for modular multilevel converters with integrated energy storage. The method involves the use of a detailed equivalent model, which is capable of retaining the information and accuracy of the detailed model while eliminating the need of representing a large number of electrical nodes. This is achieved by using Thevenin equivalent circuits in the discrete-time domain, which reduces the dimension of the equivalent conductance matrix in the EMT simulation. As a result, the computational burden of implementing the detailed converter model on a three-phase system is significantly reduced. When compared to the results of the detailed model, it was found that the equivalent model produces accurate simulation results and achieves a remarkable improvement of simulation efficiency by 38 folds, compared to that of the DM for the 30-SM-per-arm modular multilevel converters with integrated energy storage.