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AbstractAbstract
[en] The intermittent and random nature of renewable sources, such as photovoltaic and wind turbine, asks for the complement of storage, such as battery and back-up energy, such as diesel generator, especially in a standalone power system. Concerning the diesel generator, it needs some time to start up and cannot immediately offer the needed power, due to its dynamic behaviour. Hence, the power quality is lowered down during this period because of the shortage of power. Therefore, during the period of the diesel generator starting up, a supercapacitor is suggested to compensate the power balance because of its fast response and high power density. A power control strategy is proposed to achieve the coordination between diesel generator and supercapacitor. Both simulation and experimental results show that the proposed control strategy is able to regulate the DC bus voltage within the acceptable limits and supplying the load during the renewable power under generation or load step-increase situations. In addition, the supercapacitor can be also used to overcome the electrochemical storage limits like its state of charge and maximum current. So, this thesis proposes the real time power control for a hybrid photovoltaic-battery-supercapacitor-diesel generator DC microgrid system, aiming to meet the load power demand with reliability and stabilizing the DC bus voltage. Both simulation and experimental results show that the designed control strategy improves the DC microgrid dynamic and static performances under different operating conditions. Furthermore, in order to minimize the diesel generator energy cost, the fuel cost and fuel consumption are analysed through several experimental tests. Therefore, the optimal value of its power generation is deduced and applied in a newly proposed energy management strategy. This strategy can achieve the goal of maximizing the utilization of photovoltaic energy and taking into account the slow start-up characteristic and energy cost of diesel generator. Both simulation and experimental studies are carried out by using the real photovoltaic data to illustrate the performance and the behaviour of the hybrid system. The obtained results verify the effectiveness of this strategy. Furthermore, the comparison with the previous energy management strategy, in which the diesel generator energy cost is not considered, demonstrates that the newly proposed energy management strategy can reduce the total cost of the hybrid DC power system. (author)
[fr]
La nature intermittente et aleatoire des sources renouvelables, telles que le photovoltaique et l'eolien, necessite un complement de stockage, tel une batterie et un systeme de secours energetique, tel un generateur diesel, en particulier dans un systeme autonome. En ce qui concerne le generateur diesel, il a besoin d'un certain temps pour demarrer et il ne peut pas donner immediatement la puissance necessaire, en raison de son comportement dynamique. Alors, la qualite de l'energie est abaissee pendant cette periode en raison du manque de puissance. Par consequent, pendant la periode de demarrage du generateur diesel, un supercondensateur est suggere pour equilibrer la puissance en raison de sa reponse rapide et de sa densite de puissance elevee. Une strategie de controle de puissance est proposee pour realiser la coordination entre le generateur diesel et le supercondensateur. La simulation et les resultats experimentaux montrent que la strategie de controle proposee est capable de reguler la tension du bus continu dans des limites acceptables et d'alimenter la charge pendant la sous production d'energie renouvelable ou lors d'augmentation de la demande de la charge. De plus, le supercondensateur peut egalement etre utilise pour surmonter les limites de stockage electrochimique telles que son etat de charge et son courant maximal. Ainsi, cette these propose le controle de puissance en temps reel pour un micro reseau continu avec un systeme hybride photovoltaique-batterie-supercondensateur-diesel, visant a repondre a la demande de puissance de charge avec fiabilite et a stabiliser de la tension du bus continu. La simulation et les resultats experimentaux montrent egalement que la strategie de controle ameliore les performances dynamiques et statiques du micro reseau continu pour differentes conditions de fonctionnement. De plus, afin de minimiser le cout energetique du groupe diesel, le cout du carburant et la consommation de carburant sont analyses a travers plusieurs tests experimentaux. Par consequent, la valeur optimale de sa production d'energie est deduite et appliquee dans une nouvelle strategie de gestion de la puissance est proposee. Cette strategie peut atteindre l'objectif de maximiser l'utilisation de l'energie photovoltaique et de prendre en compte la caracteristique de demarrage lent et le cout energetique du generateur diesel. Les simulations et experimentations sont realisees en utilisant des donnees photovoltaiques reelles pour illustrer les performances et le comportement du systeme hybride. Les resultats obtenus verifient l'efficacite de cette strategie. De plus la comparaison avec la strategie de gestion de la puissance precedente, dans laquelle le cout d'energie du generateur diesel n'est pas pris en compte, demontre que la nouvelle strategie de gestion peut reduire le cout total du systeme de puissance a courant continu hybride. (auteur)Original Title
Impact des modes de fonctionnement d'un generateur diesel sur un micro reseau a courant continu autonome et strategies de controle impliquant un supercondensateur
Primary Subject
Secondary Subject
Source
23 Feb 2018; 166 p; 85 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; These Docteur de l'UTC, Specialite: Genie electrique
Record Type
Miscellaneous
Literature Type
Thesis/Dissertation
Report Number
Country of publication
CAPACITIVE ENERGY STORAGE EQUIPMENT, COMPUTERIZED SIMULATION, COST BENEFIT ANALYSIS, DC SYSTEMS, ELECTRIC BATTERIES, ELECTRIC GENERATORS, ENERGY MANAGEMENT SYSTEMS, FUEL CONSUMPTION, HYBRID SYSTEMS, LOAD MANAGEMENT, MINIMIZATION, PHOTOVOLTAIC POWER PLANTS, POWER DISTRIBUTION SYSTEMS, REAL TIME SYSTEMS, SMART GRIDS
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