Autor: ASAD, Muhammad
Título: Combined Tuning of Governors for Low Inertia Hybrid Diesel Renewable Isolated Power Systems
Fecha: 2025
Materia: ---
Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES
Departamento: INGENIERIA CIVIL: HIDRAULICA, ENERGIA Y MEDIO AMBIENTE
Acceso electrónico: https://oa.upm.es/92038/
Director/a(s):
- Director/a: SÁNCHEZ FERNÁNDEZ, José Ángel
Resumen: This thesis outlines as below: a) Comprehensively model the hybrid WDPS of San Cristobal Island and offer primary frequency control (PFC) to address potential contingencies. To achieve this objective, novel control strategies are implemented in the VSWT, specifically targeting the regulation of frequency and power variations. The first strategy involves emulating the inertial and proportion control loops, enabling the VSWT to contribute its latent or virtual inertia. Second, pitch compensation control was applied to the blade pitch angle control of the VSWT, which improved the smoothness of the blade rotation and prevented damage to the WT. b) Introduced battery energy storage system (BESS) with hybrid WDPS of San Cristobal Island that solely provide PFC during contingencies. Additionally, the sizing of the BESS was calculated according to the requirements of the San Cristobal Island hybrid power system. c) Proposed new optimization methodology named Student Psychology Based Algorithm (SPBA) for tuning controllers. Using SPBA, globally optimized the hybrid BESS based WDPS of San Cristobal Island. d) Tested hybrid power systems into several real-world scenarios such as loss of wind generator, sudden increment in load demand, wind variation, load variation, steady increased in wind speed, simultaneously variability of wind speed and load demand etc. e) Testing the hybrid BESS with hybrid WDPS of San Cristobal Island on real-time simulator, OPAL-RT to further validate its performance. To achieve such goal, an emulation of hybrid power system in terms of voltage and current for PFC is proposed. In addition to the main contributions mentioned above, several minor contributions can also be mentioned as follows: a) Detailed discussion and comparison of hybrid BESS based WDPS performance against various scenarios which includes the effects of optimized DPP without BESS, optimized VWST without BESS, optimized DPP and BESS, optimized DPP and VSWT, optimized DPP, VSWT and BESS and much more. b) Comparison of various control strategies such as droop control vs inertial control, droop control vs emulation inertial and proportional control, only droop control, only inertial control etc. Result shows the significant findings that droop control is the best alternative of emulation inertial and proportional control for FR c) Comparison of SPBA with traditional methodology i.e., Ziegler-Nicoles method. In addition, effect of MATLAB autotuning on hybrid power system. RESUMEN Esta tesis describe lo siguiente: a) Modela exhaustivamente el WDPS híbrido de la isla San Cristóbal y utiliza un control primario de la frecuencia (PFC) para hacer frente a posibles contingencias. Para lograr este objetivo, se implementan nuevas estrategias de control en el VSWT, dirigidas específicamente a la regulación de las variaciones de frecuencia y potencia. La primera estrategia consiste en emular los bucles de control inercial y proporcional, lo que permite que el VSWT contribuya con su inercia latente o virtual. En segundo lugar, se aplicó un control de compensación del control del ángulo de paso de la pala del VSWT, lo que mejora la suavidad de la rotación de la pala y evita daños en el WT. b) Introduce el sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) en el WDPS híbrido de la isla San Cristóbal que solo proporciona PFC durante contingencias. Además, el dimensionamiento del BESS se calculó de acuerdo con los requisitos del sistema de energía híbrida de la isla San Cristóbal. c) Propone de una nueva metodología de optimización denominada Algoritmo Basado en la Psicología Estudiantil (SPBA) para ajustar los controladores. Usando SPBA, se optimizó globalmente el WDPS híbrido basado en BESS de la isla de San Cristóbal. d) Ensaya este sistema de energía híbrido en varios escenarios realistas, como pérdida de un generador eólico, incremento repentino en la demanda de carga, variación del viento, variación de carga, aumento constante de la velocidad del viento, variabilidad simultánea de la velocidad del viento y la demanda de carga, etc. e) Ensaya en un simulador en tiempo real, OPAL-RT, el WDPS hibrido con BESS de la isla San Cristóbal para una mayor validación de su rendimiento. Para lograr este objetivo, se propone una emulación del sistema de energía híbrido en términos de tensión y corriente para PFC. Además de las principales contribuciones mencionadas anteriormente, también se pueden mencionar varias contribuciones menores como las siguientes: a) Una discusión detallada y comparación del rendimiento de WDPS híbrido basado en BESS frente a varios escenarios que incluyen los efectos de DPP optimizado sin BESS, VWST optimizado sin BESS, DPP y BESS optimizados, DPP y VSWT optimizados, DPP, VSWT y BESS optimizados y mucho más. b) Una comparación de varias estrategias de control, como el control proporcional (droop) frente al control inercial, el control proporcional frente al control inercial y proporcional, solo el control proporcional, solo el control inercial, etc. El resultado muestra los hallazgos significativos de que el control proporcional es una alternativa mejor que el control combinado inercial y proporcional para regulación de frecuencia. c) Una comparación de SPBA con el método Ziegler-Nicols y el ajuste automático de MATLAB en el sistema de energía híbrido.