بهبود عملکرد روش‌های افتی متداول هنگام وقوع خطا در یک ریزشبکه‌ی جزیره‌ای با استفاده از مفهوم امپدانس مجازی

فناوری های نوین مهندسی برق در سیستم انرژی سبز

مقاله 3، دوره 1، شماره 1، خرداد 1401، صفحه 13-35   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30486/teeges.2022.691006

نویسندگان

سبحان طحان زاده¹؛ فرشاد زندی¹؛ بهادر فانی²؛ متین دشتی پور¹؛ احسان ادیب³؛ اسماعیل رک رک^{* 4}

¹دانشکده مهندسی برق، واحد نجف ‏آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف ‏آباد، ایران

²مرکز تحقیقات ریزشبکه های هوشمند، واحد نجف‌ آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران

³دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

⁴گروه برق دانشکده فنی و مهندسی برق، دانشگاه لرستان، لرستان، ایران

چکیده

اکثر ریزمنابع از طریق مبدل‌های الکترونیک قدرت به ریزشبکه متصل می‌شوند. بنابراین، ریزشبکه می‌تواند به عنوان یک گروه از مبدل-های موازی در نظر گرفته شود. یک روش شناخته شده برای کنترل گروهی از مبدل‌های موازی در ساختار کنترل غیر متمرکز در یک ریزشبکه‌ی جزیره‌ای، استفاده از مشخصه‌های افتی فرکانس و ولتاژ است. مشکل استفاده از مشخصه‌های افتی معمول این است که تقسیم توان راکتیو متناسب با ظرفیت ریزمنابع میان آن‌ها انجام نمی‌شود. این موضوع ممکن است منجر به اضافه بار شدن مبدل‌ها گردد. ماهیت مشخصه‌های افتی مرسوم خطی است. بنابراین این مشخصه‌ها درجه‌ی آزادی کافی برای عملکرد مناسب در شرایط غیرخطی همچون وقوع خطای اتصال کوتاه را ندارند. راه‌حل‌های ارایه شده برای این مشکل عمدتاً محدود به ریزشبکه‌های با ساختار خاص بوده و یا نیازمند دانستن اطلاعات وسیع از شبکه می‌باشد. به همین منظور در این مقاله یک استراتژی‌ جدید کنترل توان مبتنی بر روش غیرمتمرکز برای یک ریزشبکه خودگردان متشکل از منابع ولتاژ اینورتری ارایه شده است. استراتژی کنترل پیشنهادی بر پایه‌-ی روش‌های افتی معمول بنا نهاده شده است. در روش پیشنهادی مشخصه‌های افتی معمول از طریق تنظیم عرض از مبدأ و با استفاده از حلقه‌ی امپدانس مجازی به گونه‌ای اصلاح می‌گردنند که نسبت به تغییرات نقطه‌ی کار منابع موجود در ریزشبکه به صورت وفقی و به سرعت پاسخ داده و منجر به تقسیم توان اکتیو و راکتیو ایده‌آل گردند. همچنین رویکرد پیشنهادی منجر به بهبود تنظیم ولتاژ هم در شرایط عادی ریزشبکه و هم در هنگام وقوع خطا می‌شود.

کلیدواژه‌ها

روش‌ افتی معمول؛ ریزشبکه‌ جزیره‌ای؛ تقسیم توان راکتیو؛ تنظیم ولتاژ؛ خطای اتصال کوتاه

مراجع

[1]        D. E. Olivares, A. Mehrizi-Sani, A. H. Etemadi, C. A. Cañizares, R. Iravani, M. Kazerani, A. H. Hajimiragha, O. Gomis-Bellmunt, M. Saeedifard, R. Palma-Behnke, and N. D. Hatziargyriou, “Trends in microgrid control,” IEEE Transactions on smart grid, vol. 5, no. 4, pp. 1905-1919, 2014, doi: 10.1109/TSG.2013.2295514.

[2]        F. Katiraei, R. Iravani, N. Hatziargyriou, and A. Dimeas, “Microgrids management,” IEEE power and energy magazine, vol. 6, no. 3, pp. 54-65, 2008, doi: 10.1109/MPE.2008.918702.

[3]        B. Fani, F. Zandi, and A. Karami-Horestani, “An enhanced decentralized reactive power sharing strategy for inverter-based microgrid,” International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 98, pp. 531-542, 2018, doi: 10.1016/j.ijepes.2017.12.023.

[4]        F. Zandi, B. Fani, I. Sadeghkhani, and A. Orakzadeh, “Adaptive complex virtual impedance control scheme for accurate reactive power sharing of inverter interfaced autonomous microgrids,” IET Generation, Transmission & Distribution, vol. 12, no. 22, pp. 6021-6032, 2018, doi: 10.1049/iet-gtd.2018.5123.

[5]        J. Schiffer, T. Seel, J. Raisch, and T. Sezi, “Voltage Stability and Reactive Power Sharing in Inverter-Based Microgrids With Consensus-Based Distributed Voltage Control,” IEEE Trans. Contr. Sys. Techn., vol. 24, no. 1, pp. 96-109, 2016, doi: 10.1109/TCST.2015.2420622.

[6]        H. Zhang, S. Kim, Q. Sun, and J. Zhou, “Distributed adaptive virtual impedance control for accurate reactive power sharing based on consensus control in microgrids,” IEEE Transactions on Smart Grid, vol. 8, no. 4, pp. 1749-1761, 2017, doi: 10.1109/TSG.2015.2506760.

[7]        J. He and Y. W. Li, “An enhanced microgrid load demand sharing strategy,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 27, no. 9, pp. 3984-3995, 2012, doi: 10.1109/TPEL.2012.2190099.

[8]        M. Kosari and S. H. Hosseinian, “Decentralized reactive power sharing and frequency restoration in islanded microgrid,” IEEE Transactions on Power Systems, vol. 32, no. 4, pp. 2901-2912, 2016, doi: 10.1109/TPWRS.2016.2621033.

[9]        H. Han, Y. Liu, Y. Sun, M. Su, and J. M. Guerrero, “An improved droop control strategy for reactive power sharing in islanded microgrid,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 30, no. 6, pp. 3133-3141, 2015, doi: 10.1109/TPEL.2014.2332181.

[10]      F. Zandi, B. Fani, and A. Golsorkhi, “A visually driven nonlinear droop control for inverter-dominated islanded microgrids,” Electrical Engineering, pp. 1-16, 2020, doi: 10.1007/s00202-020-00942-7.

[11]      Y. Zhu, F. Zhuo, F. Wang, B. Liu, R. Gou, and Y. Zhao, “A virtual impedance optimization method for reactive power sharing in networked microgrid,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 31, no. 4, pp. 2890-2904, 2016, doi: 10.1109/TPEL.2015.2450360.

[12]      H. Mahmood, D. Michaelson, and J. Jiang, “Accurate reactive power sharing in an islanded microgrid using adaptive virtual impedances,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 30, no. 3, pp. 1605-1617, 2015, doi: 10.1109/TPEL.2014.2314721.

[13]      I. Sadeghkhani, M. E. H. Golshan, A. Mehrizi-Sani, J. M. Guerrero, and A. Ketabi, “Transient monitoring function–based fault detection for inverter-interfaced microgrids,” IEEE Transactions on Smart Grid, vol. 9, no. 3, pp. 2097-2107, 2018, doi: 10.1109/TSG.2016.2606519.

[14]      K. O. Oureilidis and C. S. Demoulias, “A Fault Clearing Method in Converter-Dominated Microgrids With Conventional Protection Means,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 31, no. 6, pp. 4628-4640, 2016, doi: 10.1109/tpel.2015.2476702.

[15]      H. Al-Nasseri and M. Redfern, “A new voltage based relay scheme to protect micro-grids dominated by embedded generation using solid state converters,” 19th International Conference Electricity Distribution, pp. 1-4, 2007.

[16]      H. Al-Nasseri and M. Redfern, “Harmonics content based protection scheme for micro-grids dominated by solid state converters,” 12th International Middle-East Power System Conference, pp. 50-56, 2008, doi: 10.1109/MEPCON.2008.4562361.

[17]      S. M. Brahma, “Fault location in power distribution system with penetration of distributed generation,” IEEE transactions on power delivery, vol. 26, no. 3, pp. 1545-1553, 2011, doi: 10.1109/TPWRD.2011.2106146.

[18]      T. Morstyn, B. Hredzak, and V. G. Agelidis, “Control strategies for microgrids with distributed energy storage systems: An overview,” IEEE Transactions on Smart Grid, vol. 9, no. 4, pp. 3652-3666, 2016, doi:10.1109/TSG.2016.2637958.

[19]      E. Rokrok and M. E. H. Golshan, “Adaptive voltage droop scheme for voltage source converters in an islanded multibus microgrid,” IET generation, transmission & distribution, vol. 4, no. 5, pp. 562-578, 2010, doi: 10.1049/iet-gtd.2009.0146.

[20]      J. M. Guerrero, J. Matas, L. G. de Vicuna, M. Castilla, and J. Miret, “Decentralized control for parallel operation of distributed generation inverters using resistive output impedance,” IEEE Transactions on industrial electronics, vol. 54, no. 2, pp. 994-1004, 2007, doi: 10.1109/TIE.2007.892621.

[21]      Q.-C. Zhong, “Robust droop controller for accurate proportional load sharing among inverters operated in parallel,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 60, no. 4, pp. 1281-1290, 2013, doi: 10.1109/TIE.2011.2146221.