Sähköisen energiavaraston liittäminen verkkoon kytkettyyn aurinkosähkövaihtosuuntaajaan

As the penetration level of renewable energy sources, such as photovoltaic (PV) and wind power, becomes more and more prevalent, their unpredictable and intermittent nature increases the probability of a mismatch between the produced power and the demand. The reliability, stability, and power quality of the grid degrade if proper actions to overcome these problems are not taken into account. One solution is to utilize an electrical energy storage (EES), such as a battery. The purpose of this thesis is to provide an insightful and meaningful comparison between the different power electronic topologies utilized in PV-EES distributed generation (DG) systems. One- and double-stage schemes and ac-interfaced batteries are investigated and compared. The topologies are compared on the basis of part count, component sizing, reliability, efficiency, modularity, and control system complexity. The constraints in each approach are identified. The comparisons are conducted by analyzing the topologies and performing real-time simulations. Based on the aforementioned analysis, it is shown that the addition of the bidirectional dc-dc converter (double-stage inverter) is necessary if the battery terminal voltage is lower than that required for the direct (single-stage) inverter connection. The same applies to the PV modules. Furthermore, the double-stage topology allows more flexibility in the dc-link voltage selection. Thus, the employed control techniques can operate the inverter in a more effective way leading to lower total harmonic distortion (THD) as well as a reduction in the hardware requirements (e.g. filter size). Also, due to the cascaded control scheme of the inverter, faster regulation of the PV voltage can be implemented in the double-stage scheme. However, the single-stage inverter is more efficient owing to the less power conversion stages involved. As demonstrated by simulations with real irradiance data, the battery can be used for intermittency mitigation to compensate the fluctuations in the PV power (power balance), thus providing constant power to the grid

Broadband Methods in Dynamic Analysis and Control of Battery Energy Storage Systems

Battery energy storage systems have become essential in the operation of many modern power-distribution systems, such as dc microgrids, electric ships, and electric aircraft. Energy storage systems often rely on the operation of bidirectional converters to control the power flow. In modern power systems, these bidirectional converters are typically a part of an extensive converter system, a multi-converter system that consists of several electrical converter-based sources and loads. Even though each converter in a multi-converter system is standalone stable, adverse interactions between the interconnected converters can present issues to the system’s performance and stability. Assessing the stability of multi-converter systems is usually challenging, given that the systems are complex, and the dynamics are affected by various operating modes and points. Recent studies have presented methods for assessing the stability of interconnected converters through impedance-based stability criterion. Impedance-based analysis is particularly advantageous for complex multi-converter systems as this method does not require the knowledge of intricate details of the system’s parameters. The method can also facilitate adaptive stabilizing control schemes using reliable and fast identification implementations. However, impedance identification of multi-converter systems is typically challenging due to the coupled nature of the interconnected converters and potential non-linear behavior. Moreover, the bidirectional power flow of battery energy storage systems further complicates the stability assessment. This thesis presents small-signal modeling methods, online stability assessment methods, and adaptive stabilizing control strategies for multi-converter systems that have bidirectional converters. The accuracy of traditional, small-signal-model-based converter control design is enhanced with a procedure that extends a converter’s small-signal model with given load and source dynamics. In addition, frequency response identification methods are used to assess the system stability under varying operating conditions. The presented identification methods offer reliable and quick impedance measurements and stability assessment among several converters. The design aims to minimize the interference on the system, which allows the identification during the system’s regular operation. The stability assessment provides a platform for adaptive stabilizing control methods, and two such techniques are implemented on a bidirectional converter. Several experimental results confirm the effectiveness of the proposed methods

Adaptive Bus-Impedance-Damping Control of Multi-Converter System Applying Bidirectional Converters

Modern dc-power-distribution systems utilizing energy storages are often dependent on the operation of bidirectional power-electronics converters. Such distribution systems typically consist of several feedback-controlled converters prone to experience stability issues due to cross-effects among the different converters. Studies have presented adaptive control-based techniques to prevent such stability issues, but most studies have not fully considered their implementation on a bidirectional converter. The system dynamics may vary significantly depending on the operating point and particularly the direction of the bidirectional power flow. Therefore, specific care should be taken in the design of the adaptive stabilizing control to guarantee that the system’s regular operation is not impeded when the stabilization is implemented on a bidirectional converter. This paper proposes a procedure to implement an adaptive stabilizing control method on a bidirectional converter with minimal changes to the regular controller. We add an adaptive resonance term to the bidirectional converter’s voltage controller that enhances stability and damping around the identified resonance frequency without impeding the converter’s regular operation. The resonance term is adjusted periodically based on online impedance measurements and the chosen design criteria. As a result, the controller can dampen resonances and prevent adverse impedance-based interaction. Experimental measurements based on a multi-converter setup demonstrate the effectiveness of the proposed methods.acceptedVersionPeer reviewe

Broadband Impedance-Measurement Methods in Dynamic Analysis of Dual Active Bridge Converters

The output impedance of a switched-mode converter is an important parameter in the converter small-signal stability analysis and stability-enhancing control. One of the popular methods for obtaining the converter output impedance is to introduce a broadband signal such as the pseudo-random binary sequence (PRBS) to the converter duty cycle; the resulting output voltage and current are measured, and the output impedance is obtained with Fourier methods. However, such techniques have not been fully considered for dual active bridge (DAB) converters. This paper discusses the challenges of broadband impedance measurements on DAB converters, compares different implementation methods, and outlines guidelines for achieving accurate results. Unlike conventional dc-dc converters, the power of a DAB converter can be controlled by both the duty ratio and phase shift, thus allowing several methods to perform the impedance measurement. Yet, nonlinearity between the power transfer and phase shift and duty ratio introduces potential challenges to the measurement implementations. Experimental measurements based on a DAB converter are shown to demonstrate these challenges as well as the effectiveness of the proposed measurement guidelines.acceptedVersionPeer reviewe

Dynamical Characterization of Multi-Converter System : Simultaneous Measurement of Bus Impedance and Control Loop Gains

Interconnected power-electronics converters connected to a common bus have become increasingly important in various power-distribution systems. Due to interactions between converter subsystems the multi-converter system can often have stability issues even though each converter is standalone stable. Recent studies have presented a passivity-based stability criterion with which the stability of a multi-converter system can be analyzed by measuring the system bus impedance. The technique provides the stability of the complete system but does not reveal the dynamics of a single converter. The dynamics of single converters can be studied by other methods such as loop-gain measurements. The loop gains provide direct information on the operation of single converters and their stability margins but not the information about the global stability. This paper combines these techniques to simultaneously analyze the single converters and the complete multi-converter system. In the method, several orthogonal perturbations are injected into the converter control loops. The current and voltage responses are measured in the loop and from the converter outputs. After this, Fourier techniques are applied to obtain the spectral information of the loop gains and the bus impedance. The applied perturbations can be designed to have a very small amplitude, and thus, the process does not cause the system to deviate too much from its normal operation. Therefore, the method is well suited, for example, in online analysis and adaptive control. Experimental measurements are presented from a complex multi-converter system. The work is a revised and extended version of a presentation at ECCE2022.acceptedVersionPeer reviewe

Simultaneous Measurement of Bus Impedance and Control Loop Gains in Multi-Converter Systems

acceptedVersionPeer reviewe

Decoupled Control to Improve DC-Link Dynamics of Energy-Storage-Equipped STATCOM

Energy-storage-equipped static synchronous compensator (E-STATCOM) plays an important role in a modern power grid. Such a compensator can be efficiently applied to control the active and reactive power thus improving the voltage and frequency stability especially in a power grid that is dominated by renewable energy resources. A challenge using an E-STATCOM is to minimize the adverse effect of the AC components present in the DC-link voltage especially during charging and discharging of an energy-storage system (ESS). This paper proposes a novel application of the dq- decoupled control to minimize the undesired dynamical effect of the ESS on the DC-link voltage of the E-STATCOM. In this method active and reactive power are decoupled by eliminating the dq- frame cross-coupling terms using reference current produced by the power controller instead of the measured inductor current. Experimental measurements are shown to demonstrate the effectiveness of the proposed method.acceptedVersionPeer reviewe

#munrinkka : Sosiaalisen median kampanja Outward Bound Finlandille

Nykyisin sosiaalinen media on entistäkin tärkeämmässä roolissa, oman yrityksen tai järjestön näkyvyyden lisäämisessä, mainonnassa, markkinoinnissa sekä viestinnässä. Digimarkkinointi, erityisesti sosiaalisen median hyödyntäminen, on usein myös väylä toteuttaa markkinointikampanjoita. Koska sosiaalisen median käyttäminen markkinoinnissa on usein halpaa, se on toimiva keino nonprofit-organisaatioiden markkinoissa. Tämän opinnäytetyön tarkoituksena oli luoda produktityönä sosiaalisen median kampanja Outward Bound Finland ry:n tunnettavuuden lisäämiseksi hyödyntäen vaikuttaja- ja brändilähettiläitä. Opinnäytetyön tilaajana toimi Outward Bound Finland ry. Outward Bound Finland on Opetus- ja kulttuuriministeriön nimeämä valtakunnallinen nuorisotyön palvelujärjestö, joka hyödyntää toiminnassaan niin elämyspedagogiaa, seikkailukasvatusta kuin kokemuksellista oppimistakin. Tavoitteena kampanjalla oli saada järjestöä näkyväksi erityisesti retkeilijöiden sekä kasvatusalan ammattilaisten keskuudessa, jotka ovat järjestön isoimmat asiakaskunnat. Sosiaalisen median kampanja on hyvä esimerkki nykyajan inbound-markkinoinnista. Aihe on tätä päivää, ja se on myös mielenkiintoinen alati laajemman sosiaalisen median maailman takia. Aihe on ajankohtainen, koska niin sanottujen influencereiden käyttö on koko ajan kasvamassa markkinoinnissa. Vaikuttajalähettiläiden sekä brändivaikuttajien käyttäminen markkinointikampanjassa, on yksi tapa toteuttaa inbound-markkinointia, jossa koetetaan tavoittaa mahdolliset liidit epäsuorasti. Opinnäytetyö on toiminnallinen, joka koostuu erillisestä kirjallisuuskatsauksesta sekä työnkuvaus osiosta. Teoria osiossa käsitellään sosiaalista mediaa organisaatioissa, markkinointia, erityisesti digimarkkinointia ja sosiaalisen median markkinointia sekä markkinointi-kampanjaa ja sen suunnittelua. Teoriapohjassa esitellään myös eri sosiaalisen median kanavia, niiden analysointia, brändi- ja vaikuttajalähettiläiden hyödyntämistä markkinoinnissa sekä käydään läpi työkaluja, joita hyödyntämällä suunniteltiin produktin sosiaalisen median kampanja. Opinnäytetyön produktiosiossa keskitytään siihen, miten ja mitä tehtiin sekä miten kampanja kokonaisuudessaan onnistui. Opinnäytetyön tuloksena suunniteltiin ja toteutettiin sosiaalisen median #munrinkka-kampanja, joka toimi Outward Bound Finland ry:n sosiaalisen median kanavissa syys- ja lokakuun ajan vuonna 2019. Kampanjan aikana julkaistiin erilaisia videoita, blogikirjoituksia sekä postauksia kampanjan teemaan liittyen. #munrinkka-kampanjan tavoitteena oli herätellä ihmisiä ajattelemaan mitä taakan kantaminen poluilla, aalloilla tai laduilla opettaa meille arjessa jaksamiseen. Opinnäytetyön avulla Outward Bound Finland ry pystyy hyödyntämään kampanjan runkoa, materiaaleja ja analysointia tulevaisuudessa vastaavien kampanjoiden suunnittelussa ja toiminnan kehittämisessä

#munrinkka : Sosiaalisen median kampanja Outward Bound Finlandille

Nykyisin sosiaalinen media on entistäkin tärkeämmässä roolissa, oman yrityksen tai järjestön näkyvyyden lisäämisessä, mainonnassa, markkinoinnissa sekä viestinnässä. Digimarkkinointi, erityisesti sosiaalisen median hyödyntäminen, on usein myös väylä toteuttaa markkinointikampanjoita. Koska sosiaalisen median käyttäminen markkinoinnissa on usein halpaa, se on toimiva keino nonprofit-organisaatioiden markkinoissa. Tämän opinnäytetyön tarkoituksena oli luoda produktityönä sosiaalisen median kampanja Outward Bound Finland ry:n tunnettavuuden lisäämiseksi hyödyntäen vaikuttaja- ja brändilähettiläitä. Opinnäytetyön tilaajana toimi Outward Bound Finland ry. Outward Bound Finland on Opetus- ja kulttuuriministeriön nimeämä valtakunnallinen nuorisotyön palvelujärjestö, joka hyödyntää toiminnassaan niin elämyspedagogiaa, seikkailukasvatusta kuin kokemuksellista oppimistakin. Tavoitteena kampanjalla oli saada järjestöä näkyväksi erityisesti retkeilijöiden sekä kasvatusalan ammattilaisten keskuudessa, jotka ovat järjestön isoimmat asiakaskunnat. Sosiaalisen median kampanja on hyvä esimerkki nykyajan inbound-markkinoinnista. Aihe on tätä päivää, ja se on myös mielenkiintoinen alati laajemman sosiaalisen median maailman takia. Aihe on ajankohtainen, koska niin sanottujen influencereiden käyttö on koko ajan kasvamassa markkinoinnissa. Vaikuttajalähettiläiden sekä brändivaikuttajien käyttäminen markkinointikampanjassa, on yksi tapa toteuttaa inbound-markkinointia, jossa koetetaan tavoittaa mahdolliset liidit epäsuorasti. Opinnäytetyö on toiminnallinen, joka koostuu erillisestä kirjallisuuskatsauksesta sekä työnkuvaus osiosta. Teoria osiossa käsitellään sosiaalista mediaa organisaatioissa, markkinointia, erityisesti digimarkkinointia ja sosiaalisen median markkinointia sekä markkinointi-kampanjaa ja sen suunnittelua. Teoriapohjassa esitellään myös eri sosiaalisen median kanavia, niiden analysointia, brändi- ja vaikuttajalähettiläiden hyödyntämistä markkinoinnissa sekä käydään läpi työkaluja, joita hyödyntämällä suunniteltiin produktin sosiaalisen median kampanja. Opinnäytetyön produktiosiossa keskitytään siihen, miten ja mitä tehtiin sekä miten kampanja kokonaisuudessaan onnistui. Opinnäytetyön tuloksena suunniteltiin ja toteutettiin sosiaalisen median #munrinkka-kampanja, joka toimi Outward Bound Finland ry:n sosiaalisen median kanavissa syys- ja lokakuun ajan vuonna 2019. Kampanjan aikana julkaistiin erilaisia videoita, blogikirjoituksia sekä postauksia kampanjan teemaan liittyen. #munrinkka-kampanjan tavoitteena oli herätellä ihmisiä ajattelemaan mitä taakan kantaminen poluilla, aalloilla tai laduilla opettaa meille arjessa jaksamiseen. Opinnäytetyön avulla Outward Bound Finland ry pystyy hyödyntämään kampanjan runkoa, materiaaleja ja analysointia tulevaisuudessa vastaavien kampanjoiden suunnittelussa ja toiminnan kehittämisessä

Combined source-effect of photovoltaic generator and bi-directional dc–dc battery charger on inverter control dynamics

This study presents a method to solve the dynamic model of a grid-connected photovoltaic (PV) inverter with battery energy storage. A three-phase grid-connected solar-battery system is studied using small-signal state-space modelling in the synchronously rotating dq-reference frame. The combined effect of a PV generator and a bi-directional dc–dc battery charger (BC) on the inverter dynamic behaviour is analysed. It is shown that the characteristic right-half-plane pole in the PV inverter's dc-link voltage control dynamics shifts to a lower frequency when the BC is connected, which improves the stability of the system and allows a lower bandwidth for the dc-link voltage control.publishedVersionPeer reviewe