Study of control techniques dedicated to micro-grid systems in the presence of renewable energy sources

Abstract

This thesis addresses the study of photovoltaic (PV) system topologies connected to the grid, along with energy management strategies for stand-alone PV systems. It also proposes a set of effective control strategies for grid-connected systems. However, these systems face several challenges, most notably the limitations associated with maximum power point tracking (MPPT) techniques, reduced accuracy in grid power control, and the decline in grid current quality. To overcome these challenges, this work proposes an advanced strategy for MPPT control in order to regulate the performance of converters used in grid-connected PV topologies. A boost converter is employed to adjust and stabilize the input voltage to a three-level neutral-point-clamped inverter, ensuring efficient injection of the PV system’s output current while maintaining capacitor voltage balance in the DC-link. In this context, a simplified and effective algorithmic strategy has been developed by integrating fuzzy logic with a control algorithm for the converter. Simulation results demonstrated the accuracy and reliability of the proposed control strategies in enhancing the performance of the studied grid connected PV topology.

تتناول هذه الأطروحة دراسة طوبولوجيات الأنظمة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة الكهربائية، بالإضافة إلى استراتيجيات إدارة الطاقة الخاصة بالأنظمة الكهروضوئية المستقلة. كما تقترح مجموعة من استراتيجيات التحكم الفعّالة المخصصة للأنظمة المرتبطة بالشبكة. ومع ذلك، تواجه هذه الأنظمة العديد من التحديات، من أبرزها القيود المرتبطة بتقنيات تتبع نقطة القدرة العظمى ، وضعف دقة التحكم في القدرة المحقونة في الشبكة، فضلاً عن تدهور جودة التيار الكهربائي.

وللتغلب على هذه التحديات، يقترح هذا العمل استراتيجية متقدمة للتحكم في تتبع نقطة القدرة العظمى تهدف إلى تحسين أداء المحولات المستخدمة ضمن طوبولوجيات الأنظمة الكهروضوئية المتصلة بالشبكة. وقد تم اعتماد محول رافع للجهد لضبط واستقرار جهد الدخل الخاص بعاكس متعدد المستويات ثلاثي المستويات مثبت عند النقطة المتعادلة، وذلك لضمان حقن فعّال للتيار المنتج من النظام الكهروضوئي في الشبكة، مع المحافظة في الوقت نفسه على توازن جهود مكثفات ناقل التيار المستمر.

وفي هذا السياق، تم تطوير استراتيجية خوارزمية مبسطة وفعّالة تجمع بين منطق التحكم الضبابي وخوارزمية تحكم مخصصة للمحول. وقد أظهرت نتائج المحاكاة دقةً عالية وموثوقيةً كبيرة لاستراتيجيات التحكم المقترحة، مما أسهم في تحسين أداء الطوبولوجيا الكهروضوئية المتصلة بالشبكة محل الدراسة وتعزيز كفاءتها التشغيلية.