Control of distributed power in microgrids: PV field to the grid, islanding operation, and ultra-fast charging station.

Abstract

Aquesta tesi explora el control de l'energia distribuïda en microxarxes (MG) i aborda diversos reptes relacionats amb el control, l'estabilitat, la compartició d'energia, el disseny del convertidor d'energia, la connexió a la xarxa, la càrrega ultraràpida i el subministrament d'energia renovable. El rendiment dels MG s'analitza tant en modes d'operació connectats a la xarxa com en illa, considerant diferents configuracions i escenaris de flux d'energia. La tesi se centra en diversos reptes clau, com ara maximitzar l'extracció d'energia de matrius fotovoltaiques (PV) en MG que utilitzen convertidors DC-DC, injectar potència MG excedent a la xarxa principal mitjançant inversors de font de tensió DC-AC (VSI) sota càrregues no lineals i desequilibrades, optimitzant el rendiment de MG i la compartició d'energia en mode illa mitjançant VSI, connectant-se a la xarxa principal en el punt d'acoblament comú (PCC) mitjançant transformadors de baixa freqüència (LFT) i transformadors d'estat sòlid (SST) i explorant topologies de convertidors de potència per ultra -càrrega ràpida de CC de vehicles elèctrics (EV). L'ús de SST en lloc de LFT pot millorar la capacitat de MG alhora que redueix el volum i el pes de l'arquitectura elèctrica MG. Aquesta tesi proporciona coneixements i solucions per abordar els reptes esmentats anteriorment, contribuint a l'avenç del control, l'estabilitat, la qualitat de l'energia i la integració eficient de les fonts d'energia renovables i la càrrega dels vehicles elèctrics.

Esta tesis explora el control de la potencia distribuida en microrredes (MGs) y aborda diversos retos relacionados con el control, la estabilidad, el reparto de potencia, el diseño de convertidores de potencia, la conexión a la red, la carga ultrarrápida y el suministro de energías renovables. El rendimiento de las MG se analiza tanto en modo de funcionamiento conectado a la red como en modo aislado, considerando diferentes configuraciones y escenarios de flujo de potencia. La tesis se centra en varios retos clave, como la maximización de la extracción de energía de las matrices fotovoltaicas (FV) en las MG utilizando convertidores CC-CC, la inyección del excedente de energía de las MG en la red principal a través de inversores de fuente de tensión CC-CA (VSI) bajo cargas no lineales y desequilibradas, la optimización del rendimiento de las MG y del reparto de energía en modo aislado mediante VSI, la conexión a la red principal en el punto de acoplamiento común (PCC) mediante transformadores de baja frecuencia (LFT) y transformadores de estado sólido (SST), y la exploración de topologías de convertidores de potencia para la carga ultrarrápida en corriente continua de vehículos eléctricos (VE). El uso de SST en lugar de LFT puede mejorar la capacidad de la MG y, al mismo tiempo, reducir el volumen y el peso de la arquitectura eléctrica de la MG. Esta tesis aporta ideas y soluciones para abordar los retos mencionados, contribuyendo al avance del control de la MG, la estabilidad, la calidad de la energía y la integración eficiente de fuentes de energía renovables y la carga de vehículos eléctricos.

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This thesis explores the control of distributed power in microgrids (MGs) and addresses various challenges related to control, stability, power sharing, power converter design, grid connection, ultra-fast charging, and renewable energy supply. The performance of MGs is analysed in both grid-connected and islanded modes of operation, considering different configurations and power flow scenarios. The thesis focuses on several key challenges, including maximising power extraction from photovoltaic (PV) arrays in MGs utilizing DC-DC converters, injecting surplus MG power into the main grid via DC-AC voltage source inverters (VSIs) under nonlinear and unbalanced loads, optimising MG performance and power sharing in islanded mode through VSIs, connecting to the main grid at the point of common coupling (PCC) using low-frequency transformers (LFTs) and solid-state transformers (SSTs), and exploring power converter topologies for ultra-fast DC charging of electric vehicles (EVs). The use of SSTs instead of LFTs can enhance MG capability while reducing the volume and weight of the MG electrical architecture. This thesis provides insights and solutions to address the aforementioned challenges, contributing to the advancement of MG control, stability, power quality, and efficient integration of renewable energy sources and EV charging.