یک ساختار کنترل غیرمتمرکز مبتنی بر قاب مجازی فرکانس-ولتاژ برای فراهم‌کردن تقسیم صحیح توان‌های اکتیو و راکتیو در ریزشبکه‌‌ها

روش‌های هوشمند در صنعت برق

مقاله 5، دوره 14، شماره 55، آذر 1402، صفحه 55-66   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

نادر کاظمی اسفه؛ مهدی بهاری زاده^*

دانشکده مهندسی برق- واحد خمینی شهر، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران

چکیده

درحالت عملکرد جزیره­ ای ریزشبکه ­ها تقسیم توان­های اکتیو و راکتیو بار بین منابع نیاز است. برای فراهم کردن آن و بر اساس رویکرد غیرمتمرکز از مشخصه­ های افتی استفاده می‌شود. مشخصه­ های افتی مرسوم توان اکتیو-فرکانس (P-ω) و توان راکتیو-ولتاژ (Q-V) بر فرض خاصیت سلفی امپدانس خروجی منابع بنا نهاده شده­اند. از آنجا که امپدانس خروجی سلفی غالب مخصوصا در ریزشبکه­های ولتاژ پایین فراهم نمی‌شوند، مشخصه­های افتی قاب مجازی فرکانس-ولتاژ که شامل مشخصه افتی توان اکتیو-فرکانس مجازی (P-ωʹ) و مشخصه افتی توان راکتیو-ولتاژ مجازی (Q-Vʹ) هستند مورد توجه محققان قرار گرفته­اند. خاصیت محلی هر دو کمیت فرکانس مجازی و ولتاژ مجازی منجر به بروز خطاهای تقسیم توان اکتیو و راکتیو با به­کار بردن این مشخصه­ها می‌شود. همچنین نیاز به محدوده کوچک تغییرات فرکانس مجازی و ولتاژ مجازی، منجر به بروز خطاهای بزرگ تقسیم توان می‌شود. برای برطرف کردن خطاهای تقسیم توان اکتیو و راکتیو، در این مقاله یک روش کنترل غیر متمرکز پیشنهاد می‌شود. در روش پیشنهادی منابع به­جای فرکانس مجازی و ولتاژ مجازی ترمینال خود، فرکانس و ولتاژ مجازی نقطه اتصال مشترک (PCC) را افت می‌دهند تا پارامتری مشترک مسئول تولید توان اکتیو و همچنین پارامتری مشترک مسئول تولید توان راکتیو منابع شده و خطای تقسیم توان برطرف شود. نحوه تحقق این مشخصه­های افتی با جزئیات توضیح داده خواهد شد. برای تایید عملکرد ساختار کنترل پیشنهادی، شبیه­سازی زمانی یک ریزشبکه نمونه در نرم افزار PSIM ارائه شده است.

کلیدواژه‌ها

تقسیم توان؛ حالت عملکرد جزیره‌ای؛ ریزشبکه؛ مشخصه‌های افتی

مراجع

[1] G. Shahgholian, "A brief review on microgrids: Operation, applications, modeling, and control", International Transactions on Electrical Energy Systems, vol. 31, no. 6, Article Number: e12885, June 2021 (doi: 10.1002/2050-7038.12885).

[2] M. Baharizadeh, M.S. Golsorkhi, M. Shahparasti, M. Savaghebi, "A two-layer control scheme based on P – V droop characteristic for accurate power sharing and voltage regulation in dc microgrids", IEEE Trans. on Smart Grid, vol. 12, no. 4, pp. 2776-2787, July 2021 (doi: 10.1109/TSG.2021.3060074).

[3] S. Gorji, S. Zamanian, M. Moazzami, “Techno-economic and environmental base approach for optimal energy management of microgrids using crow search algorithm”, Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 11, no. 43, pp. 49-68, Oct. 2020 (dor: 20.1001.1.23223871.1399.11.43.4.7).

[4] H. Han, X. Hou, J. Yang, J. Wu, M. Su, J.M. Guerrero, "Review of power sharing control strategies for islanding operation of ac microgrids", IEEE Trans. on Smart Grid, vol. 7, no. 1, pp. 200-215, Jan. 2016 (doi: 10.1109/TSG.2015.2434849).

[5] J.M. Guerrero, J.C. Vasquez, J. Matas, L.G. Vicuna, M. Castilla, "Hierarchical control of droop-controlled ac and dc microgrids- A general approach toward standardization", IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 58, no. 1, pp. 158-172, Jan. 2011 (doi: 10.1109/TIE.2010.2066534).

[6] A. Khaledian, "High-reliability electric power generation system for aircraft based on generators smart droop control method", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 13, no. 52, pp. 19-32, June 2023 (dor: 20.1001.1.23223871.1402.14.53.2.6).

[7] Y. Li, Y.W. Li, "Power management of inverter interfaced autonomous microgrid based on virtual frequency-voltage frame", IEEE Trans. on Smart Grid, vol. 2, no. 1, pp. 30-40, March 2011 (doi: 10.1155/­201­3/­816525).

[8] J. He, Y.W. Li, “Analysis, design, and implementation of virtual impedance for power electronics interfaced distributed generation”, IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 47, no. 6, pp. 2525-2538, Nov./Dec. 2011 (doi: 10.1109/TIA.2011.2168592).

[9] J.M. Guerrero, J. Matas, L.G. Vicuna, M. Castilla, J. Miret, "Decentralized control for parallel operation of distributed generation inverters using resistive output impedance", IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 54, no. 2, pp. 994-1004, April 2007 (doi: 10.1109/TIE.2007.892621).

[10] D.C. Raj, D.N. Gaonkar, J.M. Guerrero, “Power sharing control strategy of parallel inverters in ac microgrid using improved reverse droop control”, International Journal of Power Electronics, vol. 11, no. 1, pp. 116-137, 2020 (doi: 10.1504/IJPELEC.2020.103953).

[11] M. Kamali, B. Fani, G. Shahgholian, G.B. Gharehpetian, M. Shafiee, "Harmonic compensation and micro-grid voltage and frequency control based on power proportional distribution with adaptive virtual impedance method", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 14, no. 53, pp. 33-60, June 2023 (dor: 20.1001.1.23223871.1402.14.53.3.7).

[12] Y. Li, Y.W. Li, "Virtual frequency-voltage frame control of inverter based low voltage microgrid", Proceeding of the IEEE/EPEC, pp. 1-6, Montreal, QC, Canada, Oct. 2009 (doi: 10.1109/EPEC.200­9.542­09­7­3).

[13] Y. Han, H. Li, P. Shen, E.A.A. Coelho, J.M. Guerrero, "Review of active and reactive power sharing strategies in hierarchical controlled microgrids", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 32, no. 3, pp. 2427-2451, March 2017 (doi: 10.1109/TPEL.2016.2569597).

[14] J. Zhou, P. Cheng, "A modified  droop control for accurate reactive power sharing in distributed generation microgrid", IEEE Trans. on Industrial Application, vol. 55, no. 4, pp. 4100-4109, July/Aug. 2019 (doi: 10.1109/TIA.2019.2903093).

[15] Y. Khayat, Q. Shafiee, R. Heydari, M. Naderi, T. Dragičević, J.W. Simpson-Porco, F. Dörfler, M. Fathi, F. Blaabjerg, J.M. Guerrero, H. Bevrani, “On the secondary control architectures of ac microgrids: An overview", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 35, no. 6, pp. 6482-6500, June 2020 (doi: 10.1109/TP­EL.201­9.2951694).

[16] A. Micallef, M. Apap, C. Spiteri-Staines, J.M. Guerrero, J.C. Vasquez, "Reactive power sharing and voltage harmonic distortion compensation of droop controlled single phase islanded microgrids", IEEE Trans. on Smart Grid, vol. 5, no. 3, pp. 1149-1158, May 2014 (doi: 10.1109/TSG.2013.2291912).

[17] Y.W. Li, C.N. Kao, “An accurate power control strategy for power-electronics-interfaced distributed generation units operating in a low-voltage multibus microgrid”, IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 24, no. 12, pp. 2977-2988, Dec. 2009 (doi: 10.1109/TPEL.2009.2022828).

[18] M. Baharizadeh, H.R. Karshenas, J.M. Guerrero, ''An improved power control strategy for hybrid ac-dc microgrids'', International Journal of Electrical Power and Energy Systems, vol. 95, pp. 364-373, Feb. 2018 (doi: 10.1016/j.ijepes.2017.08.036).

[19] A. Mohammed, S.S. Refaat, S. Bayhan, H. Abu-Rub, "AC microgrid control and management strategies: Evaluation and review", IEEE Power Electronics Magazine, vol. 6, no. 2, pp. 18-31, June 2019 (doi: 10.11­0­9/MP­EL.2019.2910292).

[20] S. Leitner, M. Yazdanian, A. Mehrizi-Sani, A. Muetze, "Small-signal stability analysis of an inverter-based microgrid with internal model-based controllers", IEEE Trans. on Smart Grid, vol. 9, no. 5, pp. 5393-5402, Sept. 2018 (doi: 10.1109/TSG.2017.2688481).

[21] N. Pogaku, M. Prodanovic, T.C. Green, "Modeling, analysis and testing of autonomous operation of an inverter-based microgrid", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 22, no. 2, pp. 613-625, March 2007 (doi: 10.1109/TPEL.2006.890003).