LVDC micro-grid with double AC grid interface & control strategies

Today our electricity is predominantly powered by alternating current (AC). However, lots of the appliances we use, such as electronics and lights with light-emitting diode (LED) technology, work internally on direct current (DC), while it is projected that the number of these appliances will increase in the near future. Within the next 20 years we could definitely see as much as 50% of our total loads be made up of DC consumption. Another contributor to the increase in DC consumption is the ongoing electrification of mobility (i.e. Electric vehicle) . EVs charge on DC and require substantial amounts of power. In the current situation, all these loads need AC to DC converters to be connected to the AC grid and these components introduce power conversion losses to the system. At the same time, it is expected that a large part of the renewable energy will be produced from decentralized sources. Photovoltaics (PV) and Fuel-cell which are most common renewable source in the built of better environment generates DC voltages, while the most common storage technologies also use DC voltages. More recently, washing machines, refrigerators, fans, heating/cooling systems have also adopted DC motors, allowing speed control and improved energy efficiency. In order to integrate these technologies to the existing AC grid, again there is a need for converters that introduce more power losses. This situation has increased the interest in low voltage DC (LVDC) as a solution for bringing efficient and green electricity to all. By distributing DC power to DC devices instead of converting it to AC along the way, it's possible to avoid substantial energy losses that occur every time electricity is converted. This exceptional convergence of technological evolutions is happening together with a drastic reduction of the cost of DC devices. Therefore, the time has now come to review the dominance of alternating current (AC) with a view to favoring DC. In developed countries, the main driving force for the use of DC are the improvement of energy efficiency and the inclination for use of renewable energy. In developing economies, DC brings the opportunity for a drastic living improvement to 1.2 billion people on the planet who do not have access to electricity. Today these trends, combined, and challenging the traditional centralized model of electricity distribution via alternating current (AC), and lead us to ask why we are still distributing electricity via AC when generation and consumption, both are increasingly direct current (DC). This very question forms the basis of motivation for our thesis work. The purpose of our thesis work is to study the possibility of creating LVDC micro-grid fed from two AC-grid through front end converter and their related control strategies for operation.

Oggi le nostre reti elettriche funzionano nella quasi totalità in corrente alternata (CA). Tuttavia,molte delle apparecchiature che utilizziamo, come quelle elettroniche e le luci con tecnologia a diodi emettitori di luce (LED), funzionano internamente in corrente continua (CC). Si prevede che il numero di queste apparecchiature aumenterà nel prossimo futuro. Entro i prossimi 20 anni si può prevedere che fino al 50% dei carichi funzionerà in corrente continua. Un altro contributo all'aumento del consumo di corrente continua è la tendenza all'elettrificazione della mobilità (cioè il veicolo elettrico). La carica dei veicoli elettrici avviene in CC e richiede una notevole quantità di energia. Nella situazione attuale, tutti questi carichi necessitano di convertitori CA-CC da collegare alla rete CA, e tali convertitori introducono perdite nel sistema. Allo stesso tempo, si prevede che gran parte dell'energia rinnovabile sarà prodotta da fonti decentralizzate. Il fotovoltaico (PV) e le celle a combustibile, che sono le fonte rinnovabili più comuni, generano tensioni continue, e così pure i sistemi di accumulo di energia. Più recentemente, lavatrici, frigoriferi, ventilatori, sistemi di riscaldamento e condizionamento hanno adottato motori a corrente continua, consentendo il controllo della velocità e una maggiore efficienza energetica. Al fine di integrare queste apparecchiature nella rete AC esistente, c'è di nuovo bisogno di convertitori, che introducono perdite. Questa situazione ha aumentato l'interesse per la corrente continua in bassa tensione (LVDC) come soluzione per portare elettricità efficiente e verde a tutti. Distribuendo l'alimentazione in CC ai dispositivi, invece di convertirla in CA lungo la strada, è possibile evitare significative perdite di energia che si verificano con ogni conversione. Questa eccezionale convergenza di evoluzioni tecnologiche sta avvenendo insieme a una drastica riduzione del costo dei dispositivi CC. Pertanto, è giunto il momento di riesaminare l'architettura delle reti in corrente alternata al fine di favorire la diffusione della CC. Nei paesi sviluppati, le principali forze trainanti per l'utilizzo della CC sono il miglioramento dell'efficienza energetica e la crescita nell'uso delle energie rinnovabili. Nelle economie in via di sviluppo,la CC offre l'opportunità di un drastico miglioramento della vita a 1,2 miliardi di persone sul pianeta che non hanno accesso all'elettricità. Oggi queste tendenze combinate sfidano il tradizionale modello centralizzato di distribuzione dell'elettricità tramite corrente alternata, e ci inducono a chiederci perché stiamo ancora distribuendo elettricità tramite CA quando generazione e consumo utilizzano sempre più la corrente continua. Questa stessa domanda costituisce la base della motivazione peril nostro lavoro di tesi. Lo scopo del nostro lavoro di tesi è quello di studiare la possibilità di creare una microrete LVDC alimentata da due reti CA attraverso un convertitore front-end e le relative strategie di controllo.