MARC

 008260126s2024        us                              c    eng  d
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■035    ▼a(MiAaPQ)GeorgiaTech76970
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a005
■1001  ▼aCai,  Siyao.
■24510▼aModeling  and  Simulation  of  Power  System  with  High  Penetration  of  Inverter-Based  Resources
■260    ▼a[Sl]▼bGeorgia  Institute  of  Technology▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a156  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-05,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Meliopoulos,  A.  P.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Georgia  Institute  of  Technology,  2024.
■520    ▼aIn  the  past  decade,  the  penetration  of  inverter-based  resources  (IBR)  in  the  power  system  increased  significantly  with  the  increasing  deployment  of  renewable  energy  sources,  such  as  PV  and  Wind  in  the  grid.  Many  challenges  emerged  in  the  transition  from  the  conventional  power  system  dominated  by  synchronous  generators  (SGs)  to  the  inverter-dominated  power  system.  Due  to  the  reduction  of  system  inertia,  the  power  system  performance  changed  dramatically  in  terms  of  reliability,  stability,  and  resilience  at  high  IBR-penetration.  More  specifically,  the  bidirectional  power  flow  in  modern  distribution  systems  with  high  penetration  of  IBRs  and  its  associated  low  fault  current  contribution  from  IBRs  make  the  conventional  protection  schemes  unreliable.  Another  complex  problem  is  to  fully  operate  a  distribution  system  using  only  inverters  and  support  a  typical  load  that  consists  of  mainly  electric  motors.  Especially  the  start  of  induction  motor  requires  large  reactive  power  and  large  starting  currents,  which  is  a  challenging  operation  condition  for  GFM  inverters.  In  future  distribution  systems  with  high  IBR  penetration,  system  protection  and  supporting  of  complex  loads  such  as  induction  motors  are  two  of  the  major  challenges  to  be  solved.Grid-forming  inverters  are  typically  dependent  on  energy  storage  to  perform  their  controls  in  terms  of  starting  a  grid  with  its  typical  load.  Therefore,  BESS  is  an  integral  and  required  part  of  a  system  with  high  penetration  of  IBRs.  This  requirement  is  also  important  for  addressing  the  intermittent  generation  of  renewable  generation  like  wind  and  solar.  BESS  stores  surplus  energy  generated  during  peak  hours  and  supplies  electricity  when  renewable  generations  are  insufficient.  However,  it  is  still  unclear  how  the  performance  of  the  BESS  changes  over  time.  Understanding  and  predicting  the  State  of  Charge  (SoC)  and  State  of  Health  (SoH)  helps  optimize  the  BESS  performance  and  longevity.  An  accurate  SoC  estimation  also  helps  increase  grid  stability  by  providing  power  to  the  grid  at  the  most  needed  time.  The  SoH  prediction  indicates  when  maintenance  or  replacement  is  needed,  which  increases  system  safety.  Therefore,  state  prediction  and  estimation  of  BESS  becomes  very  important  to  large  timescale  simulation  of  inverter-dominated  power  systems.This  dissertation  introduces  my  research  work  on  modeling  and  simulation  of  high  IBR-penetration  power  systems.  Grid-forming  (GFM)  inverter,  as  the  critical  device  in  IBR-dominated  system,  is  modelled  in  quasi-dynamic  domain  and  protected  using  the  dynamic  state  estimation-based  protection  (EBP).  The  EBP  method  is  evaluated  in  a  Hardware-in-Loop  (HIL)  test  and  in  a  real-world  PV-integrated  distribution  system,  proving  its  effectiveness  in  detecting  faults  within  non-radial  distribution  systems  with  bidirectional  current  flow  as  well  as  low  fault  current  level.The  GFM  inverter  is  also  modelled  in  time  domain  using  PSCAD  to  study  its  performance  and  limitations  in  a  system  with  up  to  100%  IBR-penetration.  A  hybrid  test  system  containing  two  major  parts  is  proposed.  One  part  is  a  legacy  AC  section,  and  the  other  part  is  a  100%  inverter-based  system.  The  system  stability  under  large-signal  disturbances  e.g.  loss  of  SG  during  operation  is  evaluated  in  the  example  test  system.  The  capability  of  handling  large  starting  current  during  the  start  of  induction  motors  in  the  system  is  also  assessed.  The  performance  of  the  proposed  GFM  inverter  model  is  also  validated  in  a  modified  IEEE  13-bus  benchmark  system,  where  the  generators  in  the  system  are  replaced  with  IBRs  (PV  and  BESS)  making  the  benchmark  system  an  inverter-dominated  system.  Power  system  restoration  capabilities  and  impacts  between  multiple  IBRs  are  analyzed  with  the  modified  IEEE  13-bus  test  feeder.  The  simulation  results  showed  the  proposed  GFM  inverter  model  maintains  voltage  stability  of  the  hybrid  test  system  during  the  loss  of  SG  and  supports  the  full  voltage  start  of  the  induction  motor.  The  proposed  GFM  inverter  is  promising  in  supporting  high  IBR  penetration  distribution  systems  with  complex  loads  at  larger  scales  and  maintains  voltage  stability  after  losing  the  SG.
■590    ▼aSchool  code:  0078.
■650  4▼aUser  interface
■650  4▼aTest  systems
■650  4▼aElectricity
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■690    ▼a0544
■690    ▼a0405
■71020▼aGeorgia  Institute  of  Technology.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-05B.
■790    ▼a0078
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17360670▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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