راهکاری برای پایش و افزایش پایداری دینامیکی سیستم‌های جزیره‌ای چندریزشبکه‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد، ایران

چکیده

با گسترش استفاده از سیستم‌های چندریزشبکه‌ای (MMG) شامل منابع تولید پراکندۀ اینورتری (IBDER)، حفظ و بهبود پایداری این سیستم‌ها در حالت جزیره‌ای به چالشی اساسی تبدیل شده است. تعاملات پیچیده میان ریزشبکه‌ها و سطوح کنترلی مختلف، می‌تواند منجر به کاهش میرایی مقادیر ویژه یا حالت‌های سیستم شود. حالت‌های کم‌میرایی (LDM) می‌توانند پایداری سیستم را به خطر اندازند و نوسانات را افزایش دهند. در این مقاله، برای غلبه بر این چالش، یک روش جدید برای پایش و بهبود پایداری سیستم‌های جزیره‌ای چندریزشبکه‌ای با ساختار کنترلی سلسله‌مراتبی سه‌سطحی پیشنهاد شده است. در سطح اول، از کنترل افتی برای تسهیم توان میان واحدهای تولید پراکنده استفاده شده است. در سطح دوم، انحرافات ولتاژ و فرکانس از مقادیر نامی با استفاده از یک روش اجماع توزیع‌شده، تصحیح می‌شوند. در سطح سوم، یک روش پیشنهادی به نام تخمین ضریب اجماع کاهش‌یافته (RCCE)، برای پایش و بهبود تطبیقی پایداری سیستم چندریزشبکه‌ای به کار گرفته می‌شود. در روش RCCE، ضریب اجماع به‌گونه‌ای کاهش می‌یابد که میرایی LDMها افزایش یافته و پایداری دینامیکی سیستم بهبود یابد. ‌نتایج شبیه‌سازی‌ها در MATLAB نشان می‌دهند که روش پیشنهادی به‌طور مؤثری پایداری سیستم چند ریزشبکه‌ای را افزایش داده و نوسانات ولتاژ و فرکانس را کاهش می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Sorouri, M., Shakarami, M. R., Soltani, J., "Autonomous active power control for an islanded AC microgrid using improved bus signaling method", International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Vol. 113, pp. 549-563, 2019,  https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2019.05.070.
[2] Zhao, T., Liu, H., Su, J., Wang, N., Luo, Z., "Coordinated control for distributed energy resources in islanded microgrids with improved frequency regulation capability", Renewable Energy, p. 122690, 2025,  https://doi.org/10.1016/j.renene.2025.122690.
[3] Islam, M., Yang, F., Amin, M., "Control and optimisation of networked microgrids: A review", IET Renewable Power Generation, Vol. 15, No. 6, pp. 1133-1148, 2021,  https://doi.org/10.1049/rpg2.12111.
[4] Saadati Toularoud, M., Khoshhal Rudposhti, M., Bagheri, S., Salemi, A. H., "Enhancing microgrid voltage and frequency stability through multilayer interactive control framework", International Transactions on Electrical Energy Systems, Vol. 2024, No. 1, p. 4933861, 2024,  https://doi.org/10.1155/2024/4933861.
[5] Golsorkhi, M. S., Hill, D. J., Karshenas, H. R., "Distributed voltage control and power management of networked microgrids", IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, Vol. 6, No. 4, pp. 1892-1902, 2018,  https://doi.org/10.1109/JESTPE.2017.2773138 .
[6] Xiong, J., Ye, Y., Wang, Q., Dong, X., Lu, T., Ma, D., "A comprehensive review on distributed energy cooperative control and optimization method for energy interconnection system", Electric Power Systems Research, Vol. 237, p. 111007, 2024,  https://doi.org/10.1016/j.epsr.2024.111007.
[7] Yang, T., Lai, J., Yu, C., Wang, X., Xiao, Q., "Distributed two-layer predictive control of ac microgrid clusters with communication delays", IEEE Transactions on Smart Grid, pp. 1-1, 2025,  https://doi.org/10.1109/TSG.2025.3539789.
[8] Satapathy, A. S., Mohanty, S., Mohanty, A., Rajamony, R. K., M Soudagar, M. E., Khan, T. M. Y., Kalam, M. A., Ali, M. M., Bashir, M. N., "Emerging technologies, opportunities and challenges for microgrid stability and control", Energy Reports, Vol. 11, pp. 3562-3580, 2024,  https://doi.org/10.1016/j.egyr.2024.03.026.
[9] Feng, J., Bai, F., Nadarajah, M., Ma, H., Pradana, A., "Virtual inertia control for damping low-frequency oscillation in IBR-Dominated networks", IEEE Transactions on Industry Applications, pp. 1-10, 2025,  https://doi.org/10.1109/TIA.2025.3532239
[10]  Zhang, Y., Xie, L., Ding, Q., "Interactive control of coupled microgrids for guaranteed system-wide small signal stability", IEEE Transactions on Smart Grid, Vol. 7, No. 2, pp. 1088-1096, 2016,  https://doi.org/10.1109/TSG.2015.2495233
[11]  Hassan, C. T., Mahmood Jadoon, T., Arif, A., "Delay-dependent small-signal stability analysis of inverter-based islanded microgrids", IET Smart Grid, Vol. 8, No. 1, p. e12206, 2025,  https://doi.org/10.1049/stg2.12206.
[12]  Matas-Díaz, F. J., Barragán-Villarejo, M., Maza-Ortega, J. M., "A systematic small-signal analysis procedure for improving synchronization stability of grid-forming virtual synchronous generators", Journal of Modern Power Systems and Clean Energy, Vol. 13, No. 1, pp. 102-114, 2025,  https://doi.org/10.35833/MPCE.2024.000316
[13]  AbdelAty, A. M., Al-Durra, A., Zeineldin, H., El-Saadany, E. F., "Improving small-signal stability of inverter-based microgrids using fractional-order control", International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Vol. 156, p. 109746, 2024,  https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2023.109746.
[14]  Khosravi, N., Baghbanzadeh, R., Oubelaid, A., Tostado-Véliz, M., Bajaj, M., Hekss, Z., Echalih, S., Belkhier, Y., Houran, M. A., Aboras, K. M., "A novel control approach to improve the stability of hybrid AC/DC microgrids", Applied Energy, Vol. 344, p. 121261, 2023,  https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2023.121261.
[15]  Wu, X., Xu, Y., Wu, X., He, J., Guerrero, J. M., Liu, C. C., Schneider, K. P., Ton, D. T., "A two-layer distributed cooperative control method for islanded networked microgrid systems", IEEE Transactions on Smart Grid, Vol. 11, No. 2, pp. 942-957, 2020,  https://doi.org/10.1109/TSG.2019.2928330
[16]  Yao, W., Wang, Y., Xu, Y., Lin, P., Qi, Y., Wu, Q., "Distributed layered control and stability analysis of islanded networked-microgrids", International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Vol. 129, p. 106889, 2021,  https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2021.106889.
[17]  He, J., Wu, X., Wu, X., Xu, Y., Guerrero, J. M., "Small-Signal stability analysis and optimal parameters design of microgrid clusters", IEEE Access, Vol. 7, pp. 36896-36909, 2019,  https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2900728
[18]  Pogaku, N., Prodanovic, M., Green, T. C., "Modeling, analysis and testing of autonomous operation of an inverter-based microgrid", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 22, No. 2, pp. 613-625, 2007,  https://doi.org/10.1109/TIE.2016.2577542
[19]  Zhao, Z., Yang, P., Wang, Y., Xu, Z., Guerrero, J. M., "Dynamic characteristics analysis and stabilization of pv-based multiple microgrid clusters", IEEE Transactions on Smart Grid, Vol. 10, No. 1, pp. 805-818, 2019,  https://doi.org/10.1109/TSG.2017.2752640
[20]  Liaqat, M., Alsuwian, T., Amin, A. A., Adnan, M., Zulfiqar, A., "Transient stability enhancement in renewable energy integrated multi-microgrids: A comprehensive and critical analysis", Measurement and Control, Vol. 57, No. 2, pp. 187-207, 2024/02/01 2023,  https://doi.org/10.1177/00202940231196193
[21]  Mohammadi, F. D., Vanashi, H. K., Feliachi, A., "State-Space modeling, analysis, and distributed secondary frequency control of isolated microgrids", IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 33, No. 1, pp. 155-165, 2018,  https://doi.org/10.1109/TEC.2017.2757012
[22]  P, E. S. N. R., Jain, T., "A two-level hierarchical controller to enhance stability and dynamic performance of islanded inverter-based microgrids with static and dynamic loads", IEEE Transactions on Industrial Informatics, Vol. 15, No. 5, pp. 2786-2797, 2019,  https://doi.org/10.1109/TII.2018.2869983
[23]  Wu, X., Zhang, L., Xu, Y., Wang, S., Guerrero, J. M., "Hierarchical and distributed control of AC and DC microgrid clusters interconnected by flexible DC distribution network", CSEE Journal of Power and Energy Systems, pp. 1-12, 2025,  https://doi.org/10.17775/CSEEJPES.2024.01190
[24] Nguyen, T. L., Wang, Y., Tran, Q. T., Caire, R., Xu, Y., Gavriluta, C., "A distributed hierarchical control framework in islanded microgrids and its agent-based design for cyber-physical implementations", IEEE Transactions on Industrial Electronics, pp. 1-1, 2020,  https://doi.org/10.1109/TIE.2020.3026267
[25]  Mohammadi, F., Mohammadi-Ivatloo, B., Gharehpetian, G. B., Ali, M. H., Wei, W., Erdinç, O., Shirkhani, M., "Robust control strategies for microgrids: a review", IEEE Systems Journal, Vol. 16, No. 2, pp. 2401-2412, 2022,  https://doi.org/10.1109/JSYST.2021.3077213
[26]  Zuo, S., Davoudi, A., Song, Y., Lewis, F. L., "Distributed finite-time voltage and frequency restoration in islanded AC microgrids", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 63, No. 10, pp. 5988-5997, 2016,  http://doi.org/10.1109/TIE.2016.2577542.