• norsk
    • English
  • norsk 
    • norsk
    • English
  • Logg inn
Vis innførsel 
  •   Hjem
  • Fakultet for informasjonsteknologi og elektroteknikk (IE)
  • Institutt for elkraftteknikk
  • Vis innførsel
  •   Hjem
  • Fakultet for informasjonsteknologi og elektroteknikk (IE)
  • Institutt for elkraftteknikk
  • Vis innførsel
JavaScript is disabled for your browser. Some features of this site may not work without it.

Sliding Mode Control for Active Stabilization of Shipboard DC Microgrids

Marius Ulla Hatlehol
Master thesis
Thumbnail
Permanent lenke
http://hdl.handle.net/11250/2624269
Utgivelsesdato
2019
Metadata
Vis full innførsel
Samlinger
  • Institutt for elkraftteknikk [1589]
Sammendrag
I de senere år har fokuset på fornybar energi i maritim sektor fått stor interesse, da det

har vist seg å være et levedyktig alternativ når det kommer til drivstoffreduksjon, reduserte vedlikeholdskostnader og reduserte klimagassutslipp. Kraftsystemer med fornybare

energikilder er ofte sammensatt av flere kraftelektronikkomformere mot en felles DC fordelingsskinne. For å modellere slike kraftelektronikkomformere, brukes ofte begrepet

konstant effekt-last, som er en forenklet representasjon av omformere med kontrollsystem

med høy båndbredde. I tillegg er slike omformere utstyrt med et filter som også har dårlige dempeegenskaper. Slike filtre er plasskrevende, øker totalvekten på skipet og fører

gjerne til økte installasjonskostnader. Konstant effekt-laster kan potensiellt destabilisere

systemet og i verste fall forårsake blackout. For å fjerne dette problemet kan sliding modekontrollere brukes for å stabilisere systemet over et større operasjonsspekter enn lineære

PI-kontrollere. I denne masteroppgaven analyseres et DC-mikronett bestående av et batteri, en toveis DC-DC omformer og en konstant effekt-last, med parametre fra et virkelig

system fra Kongsberg Maritimes laboratorium ved å bruke gjennomsnittsmodellering av

systemet. Et litteraturstudie har vist at det finnes muligheter for å forenkle eller modifisere implementasjonen av konvensjonelle sliding mode-kontrollere som brukes til slike

systemer. Den modifiserte kontrolleren innehar de sterke transiente egenskapene og klarer

samtidig å tvinge busspenningen til referanseverdi uten at denne delen av reguleringen

påvirker de transiente egenskapene gjennom tidsskala-separasjonsprinsippet. På denne

måten integreres referansespenning over en mye lengre tidshorisont enn den transiente

reaksjonstiden, og man kan derfor neglisjere effekten av integratoren i analysefasen. I

tillegg er regionen for eksistens kartlagt basert på batterispenningens lastavhengighet,

parametrene for kontrolleren- og kraftsystemetssystemets innvirkning på systemet evaluert. Det viser seg at kontrollerens kontrollerbarhet, eksistens, stabilitet og konvergenstid er sterkt påvirket av parametrene til omformeren og den lineære relasjonen mellom

tilstandsvariablene i sliding-overflaten. I tillegg viser en empirisk analyse at DNV GL sine

krav til spenningsavvik og rippel blir oppfyllt ved å bruke den foreslåtte sliding modekontrolleren. Resultatene kan antyde at man kan redusere eller fjerne filtrene og dermed

spare vekt og kostnad.
 
In recent years, the focus on renewable energy in the maritime sector has gained much

interest as it has proven to increase efficiency in terms of fuel reduction, reduced maintenance costs and lowered greenhouse gas emissions. These renewable energy systems

are usually composed of multiple converters interfaced at a common DC bus. The constant power load is a simplified representation of power electronic converters with highbandwidth controllers. Moreover, these converters are usually equipped with input filters with poor damping for increased efficiency. These filters require valuable installation

space and also adds to the overall weight of the vessel. Furthermore, the constant power

load can potentially destabilize the bus voltage and cause a blackout. In order to mitigate this instability issue, sliding mode control can provide stability over a vast operating

region. In this thesis, a selected DC microgrid consisting of a battery, bidirectional DCto-DC converter, and a constant power load with no input filter with real-world parameters

from Kongsberg Maritime is investigated using average value modeling. Also, a literature

study reveals the possibility of simplifying existing sliding mode controllers for this type

of system. The constant power load instability issue is addressed by the use of a modified

sliding mode controller with a linear sliding surface. The modified sliding mode controller

inherits the strong transient response of a conventional sliding mode but is also equipped

with an integrator for securing zero steady-state deviation of the bus voltage. This is

achieved by applying the time-scale separation. Therefore, the motion of integrating bus

voltage error is assumed to be much slower than the control action of the conventional

sliding mode controller. An estimated region of existence using the load dependency of

the battery voltage and the parameters of the sliding surface is presented and validated for

the derived average value model. The findings indicate an intricate relationship between

the convergence rate, the existence condition, transversality condition, and the closed loop

response on the manifold. Moreover, a simulation of the bus voltage transient and bus

voltage ripple requirements of DNV GL is demonstrated to be well within limits using

the proposed modified sliding mode controller. The findings indicate that one could either

reduce or remove the filters all together, and therefore reduce weight and space.
 
Utgiver
NTNU

Kontakt oss | Gi tilbakemelding

Personvernerklæring
DSpace software copyright © 2002-2019  DuraSpace

Levert av  Unit
 

 

Bla i

Hele arkivetDelarkiv og samlingerUtgivelsesdatoForfattereTitlerEmneordDokumenttyperTidsskrifterDenne samlingenUtgivelsesdatoForfattereTitlerEmneordDokumenttyperTidsskrifter

Min side

Logg inn

Statistikk

Besøksstatistikk

Kontakt oss | Gi tilbakemelding

Personvernerklæring
DSpace software copyright © 2002-2019  DuraSpace

Levert av  Unit