کنترل افتی‌‌تطبیقی مبتنی بر امپدانس مجازی به‌منظور بهبود تسهیم توان راکتیو در ریزشبکه‌های اینورتری

نویسندگان

مرکز تحقیقات ریزشبکه‌های هوشمند، دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد، نجف آباد، ایران

چکیده

با توجه به پیشرفت‌های اخیر در زمینۀ الکترونیک قدرت، ریزشبکه‌های مبتنی بر منابع پراکنده با واسط‌های الکترونیک قدرت در حال گسترش هستند. یکی از روش‌های متداول تسهیم توان بین این منابع در یک ریزشبکۀ جزیره‌ای، استفاده از کنترل افتی است. اما به‌دلیل اختلاف امپدانس خطوط، تسهیم توان راکتیو با استفاده از این روش دقیق نبوده و منجر به اضافه‌بار در برخی از منابع می‌شود. برای رفع این مشکل، در این مقاله روشی ارائه شده است که بر پایۀ استفاده از مشخصه‌های افتی مرسوم شکل گرفته و از پتانسیل امپدانس مجازی در سیستم کنترل منابع پراکنده استفاده می‌کند. افت ولتاژ ایجادشده توسط امپدانس مجازی، منجر به افزایش دقت تسهیم توان راکتیو بین منابع خواهد شد. برای تولید امپدانس مجازی مناسب، کنترل‌کننده‌های محلی هریک از منابع با استفاده از یک لینک مخابراتی با پهنای باند کم، اطلاعات مورد نیاز را با مرکز مدیریت ریزشبکه مبادله می‌کنند. سپس با استفاده از مشخصۀ افتی امپدانس مجازی-توان راکتیو پیشنهادی در سیستم کنترل منابع، مقدار امپدانس مجازی هر منبع متناسب با بار ریزشبکه و ظرفیت منبع تعیین می‌شود. با توجه به تغییرات بار در ریزشبکه، شیب مشخصۀ پیشنهادی به‌صورت تطبیقی تنظیم می‌شود. برای تأیید کارایی روش پیشنهادی، سناریوهای مختلفی در ریزشبکۀ تست ولتاژ کم شبیه‌سازی می‌شوند.

کلیدواژه‌ها


[1] Guerrero, M.J., Vasques, C.J., Matas, J., Garcia de Vicuna, L. and Castilla, M., "Hierarchical Control of Droop-Controlled AC And DC Microgrids—A General Approach Towards Standardization", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 58, No. 1, pp. 158–172, 2010. [2] Sadeghkhani, I., Hamedani Golshan, M.E., Mehrizi-Sani, A., Guerrero, J.M. and Ketabi, A., "Transient Monitoring Function–Based Fault Detection for Inverter-Interfaced Microgrids", IEEE Transactions on Smart Grid, Vol. 9, No. 3, pp. 2097-2107, 2018. [3] Peas Lopes, J., Moreira, C. and Madureira, A., "Defining Control Strategies for Microgrids Islanded Operation", IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 21, No. 2, pp. 916–924, 2006. [4] Saghafi, H. and Karshenas, H., "Power Sharing Improvement in Standalone Microgrids With Decentralized Control Strategy", Electric Power Components and Systems, Vol. 42, No. 12, pp. 1278–1288, 2014. [5] Lee, C., Chu, C. and Cheng, P., "A New Droop Control Method for the Autonomous Operation of Distributed Energy Resource Interface Converters", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 28, No. 4, pp. 1980–1993, 2013. [6] Rokrok, E. and Hamedani Golshan, M.E., "Adaptive Voltage Droop Scheme for Voltage Source Converters in an Islanded Multibus Microgrid", IET Generation, Transmision & Distribution, Vol. 4, No. 5, pp. 562–578, 2010. [7] Li, Y. and Li, Y.W., "Power Management of Inverter Interfaced Autonomous Microgrid Based on Virtual Frequency-Voltage Frame", IEEE Transactions on Smart Grid, Vol. 2, No. 1, pp. 30-40, 2011. [8] Tuladhar, A., Jin, H., Unger, T. and Mauch, K., "Control of Parallel Inverters in Distributed AC Power Systems With Consideration of Line Impedance Effect", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 36, No. 1, pp. 988–998, 2000. [9] کتابی، عباس، زراعتی، مهدی، «تقسیم بار بین اینورترهای موازی میکروگرید با استفاده از روش کنترل تک‌سیکلی»، مهندسی و مدیریت انرژی، دورۀ 4، شمارۀ 3، صفحۀ 2ـ11، 1393. [10] Lee, C., Chu, C. and Cheng, P., "A New Droop Control Method for the Autonomous Operation of Distributed Energy Resource Interface Converters", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 28, No. 4, pp. 1980–1993, 2013. [11] He, J. and Li, Y.W., "An Enhanced Microgrid Load Demand Sharing Strategy", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 27, No. 9, pp. 3984–3995, 2012. [12] Sao, C. and Lehn, P., "Control and Power Management of Converter Fed Microgrids", IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 23, No. 3, pp. 1088–1098, 2008. [13] Zhong, Q.-C. and Zeng, Y., "Can The Output Impedance of an Inverter Be Designed Capacitive?" in 37th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society (IECON 2011), pp. 1220–1225, 2011. [14] Mahmood, H., Mishaelson, D. and Jiang, J., "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. [15] Zhong, Q.-C., "Robust Droop Controller for Accurate Proportional Load Sharing Among Inverters Operated in Parallel", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 60, No. 4, pp. 1281–1290, 2013. [16] Zhu, Y. and Liu, B., "A Virtual Resistance Based Reactive Power Sharing Strategy for Networked Microgrid", in 9th International Conference on Power Electronics-ECCE Asia, pp. 1-5, 2015. [17] Li, Y.W. and Kao, C.N., "An Accurate Power Control Strategy for Power Electronics-Interfaced Distributed Generation Units Operating in a Low-Voltage Multibus Microgrid", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 24, No. 12, pp. 2977–2988, 2009. [18] He, J., Li, Y.W., Guerrero, J.M., Vasquez, J.C. and Blaabjerg, F., "An Islanding Microgrid Reactive Power Sharing Scheme Enhanced by Programmed Virtual Impedances", in 3rd IEEE International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems (PEDG), pp. 229–235, 2012. [19] Zhu, Y., Zhuo, F., Wang, F., Liu, B. and Zhao, Y., "A Wireless Load Sharing Strategy for Islanded Microgrid Based on Feeder Current Sensing", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 30, No. 12, pp. 6706–6719, 2015. [20] Hamzeh, M., Mokhtari, H. and Karimi, H., "A Decentralized Self-Adjusting Control Strategy for Reactive Power Management in an Islanded Multi-Bus MV Microgrid", Canadian Journal of Electrical and Computer Engineering, Vol. 36, No. 1, pp. 18–25, 2013. [21] He, J. and Li, Y.W., "Analysis, Design, and Implementation of Virtual Impedance for Power Electronics Interfaced Distributed Generation", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 47, No. 6, pp. 2525–2538, 2011. [22] Wu, X., Shen, C. and Iravani, R., "Feasible Range and Optimal Value of the Virtual Impedance for Droop-Based Control of Microgrids", IEEE Transactions on Smart Grid, Vol. 8, No. 3, pp. 1242–1251, 2017. [23] Zhang, H., Kim, S., Sun, Q. and Zhou, J., "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. [24] Hoang, T.V. and Lee, H.H., "An Adaptive Virtual Impedance Control Scheme to Eliminate The Reactive-Power-Sharing Errors in an Islanding Meshed Microgrid", IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, Vol. 6, No. 2, pp. 966-976, 2018. [25] Papathanassiou, S., Hatziargyriou, N.D. and Strunz, K., "A Benchmark Low Voltage Microgrid Network", in Proc. CIGRE Symposium: Power Systems with Dispersed Generation, Athens, Greece, 2005. [26] Golsorkhi, M.S. and Dylan. D.C. Lu, "A Control Method for Inverter-Based Islanded Microgrids Based on V-I Droop Characteristics", IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 30, No. 3, pp. 1196-1204, 2014.