Study of medium voltage direct current (MVDC) grids embedding distributed energy resources interfaced through DAB converter

This thesis accesses the possibility of designing and modeling of a medium voltage direct current (MVDC) grid with the integration of conventional AC grid and Distributed energy source. To achieve the required goal, an extensive study has been performed about the benefits of DC grid over conventional AC Grid with a comparison between AC and DC power supply and a brief introduction to all the related power electronics components such as rectifiers, converters etc. with an overview of working principles for each device. With recent advancements in technology and electrical infrastructure, Distributed Renewable Energy Sources (DRES) play a key role in the modern world Smart Grid. Therefore, an additional objective of the thesis is to integrate DRES with MVDC Grid for better distribution grid management and taking the advantage of DRES significant impact on grid quality performance To carry out the required simulation, an MVDC grid has been modeled on the MATLAB -SIMULINK tool. The MVDC Grid is assumed to supply two megawatts of resistive load at a DC voltage level of 2000V. MVDC grid is energized by two energy sources. As a primary source, AC conventional Grid is assumed to supply input power to MVDC Grid at a conventional three-phase medium voltage level of 20kV which is stepped down by isolation transformer and converted to DC by voltage source controlled IGBT converter. As a secondary source, an approximate model of PV module has been used as an embedded distributed energy source to supply power to the MVDC grid at DC voltage level of 250V which is further converted to MVDC by intermediate DC/DC and Dual Active Bridge (DAB) converter. DAB converter allows to control power flow and direction by changing the phase shift. Both of the above-mentioned energy sources are connected in parallel to supply the variable load. As a result, stable voltage and current waveforms were noticed for the assumed load of two megawatts. Furthermore, the model can be modified for higher loads.

Questa tesi accede alla possibilità di progettare e modellare una rete in corrente continua a media tensione (MVDC) con l'integrazione della rete AC convenzionale e della fonte di energia distribuita. Per raggiungere l'obiettivo richiesto, è stato condotto uno studio approfondito sui vantaggi della rete DC rispetto alla rete AC convenzionale con un confronto tra l'alimentazione AC e DC e una breve introduzione a tutti i componenti relativi all'elettronica di potenza come raddrizzatori, convertitori ecc. una panoramica dei principi di funzionamento per ciascun dispositivo. Con i recenti progressi nella tecnologia e nelle infrastrutture elettriche, le fonti di energia rinnovabile distribuita (DRES) svolgono un ruolo chiave nel mondo moderno Smart Grid. Pertanto, un ulteriore obiettivo della tesi è integrare DRES con MVDC Grid per una migliore gestione della rete di distribuzione e sfruttare il notevole impatto di DRES sulle prestazioni di qualità della rete Per eseguire la simulazione richiesta, una griglia MVDC è stata modellata sullo strumento MATLAB -SIMULINK. Si suppone che MVDC Grid fornisca due megawatt di carico resistivo a un livello di tensione DC di 2000V. La rete MVDC è energizzata da due fonti di energia. Come fonte primaria, si suppone che la rete AC convenzionale fornisca l'alimentazione in ingresso a MVDC Grid a un livello di media tensione trifase convenzionale di 20kV, che viene ridotto dal trasformatore di isolamento e convertito in DC da un convertitore IGBT controllato da tensione. Come fonte secondaria, un modello approssimativo di modulo fotovoltaico è stato utilizzato come fonte di energia distribuita incorporata per fornire energia alla rete MVDC a un livello di tensione DC di 250 V, che è ulteriormente convertito in MVDC da DC / DC intermedio e Doppio ponte attivo (DAB) convertitore. Il convertitore DAB consente di controllare il flusso e la direzione della corrente modificando lo sfasamento. Entrambe le fonti di energia sopra menzionate sono collegate in parallelo per fornire il carico variabile. Di conseguenza, sono state rilevate forme d'onda di tensione e corrente stabili per il carico ipotizzato di due megawatt. Inoltre, il modello può essere modificato per carichi più elevati.