An Accurate Power Control Strategy for Power-Electronics-Interfaced Distributed Generation Units Operating in a Low-Voltage Multibus Microgrid

ABSTRACT

In this paper, a power control strategy is proposed for a low-voltage microgrid, where the mainly resistive line impedance, the unequal impedance among distributed generation (DG) units, and the microgrid load locations make the conventional frequency and voltage droop method unpractical. The proposed power control strategy contains a virtual inductor at the interfacing inverter output and an accurate power control and sharing algorithm with consideration of both impedance voltage drop effect and DG local load effect. Specifically, the virtual inductance can effectively prevent the coupling between the real and reactive powers by introducing a predominantly inductive impedance even in a lowvoltage network with resistive line impedances. On the other hand, based on the predominantly inductive impedance, the proposed accurate reactive power sharing algorithm functions by estimating the impedance voltage drops and significantly improves the reactive power control and sharing accuracy. Finally, considering the different locations of loads in a multibus microgrid, the reactive power control accuracy is further improved by employing an online estimated reactive power offset to compensate the effects of DG local load power demands. The proposed power control strategy has been tested in simulation and experimentally on a low-voltage microgrid prototype.

INTRODUCTION

WITH the increased concerns on environment and cost of energy, the power industry is experiencing fundamental changes with more renewable energy sources (RESs) or microsources such as photovoltaic cells, small wind turbines, and microturbines being integrated into the power grid in the form of distributed generation (DG). These RES-based DG systems are normally interfaced to the grid through power electronics and energy storage systems . A systematic organization of these DG systems forms a microgrid . Compared to a single DG, the microgrid has more capacity and control flexibilities to fulfill system reliability and power quality requirements. The microgrid also offers opportunities for optimizing DG through the combined heat and power (CHP) generation, which is currently the most important means of improving energy efficiency. By presenting itself to the utility as a dispatchable load, the microgrid could “behave” well and avoid problems caused by single DG units . Furthermore, the microgrid can operate in grid-connected mode or autonomous islanding mode and benefits both the utility and customers.

چکیده

در این مقاله یک استراتژی کنترل قدرت برای یک میکرو گرید کم ولتاژ پیشنهاد شده است، که در آن امپدانس خطی عمدتا مقاومت، امپدانس نابرابر در واحد تولید توزیع (DG) و مکان های بارگیری میکروجریال روش فرکانس متعارف و ولتاژ پایین را عملی می کند. استراتژی کنترل پیشنهادی پیشنهاد شده شامل یک سلف مجازی در خروجی مبدل مبدل و یک الگوریتم کنترل و تقسیم قدرت دقیق با در نظر گرفتن هر دو اثر قطره ای امپدانس و اثر بار محلی DG است. به طور خاص، ایندکسسیون مجازی می تواند به طور موثر جلوگیری از اتصال بین قدرت های واقعی و راکتیو را با معرفی امپدانس به طور عمده القا کننده در یک شبکه ولتاژ کم با امپدانس خط مقاومت. از سوی دیگر، بر اساس امپدانس غالب القائی، الگوریتم تقسیم قدرت پیشنهادی دقیق واکنش با برآورد قطرات ولتاژ امپدانس عمل می کند و به طور قابل توجهی کنترل قدرت راکتیو و به اشتراک گذاری دقت را بهبود می بخشد. در نهایت، با توجه به مکان های مختلف بار در یک میکروگرید چند باند، دقت کنترل قدرت توان راکتیو با استفاده از برآورد توان راکتیو برآورد شده آنلاین به منظور جبران اثرات تقاضای نیروی بار محلی محلی DG بهبود می یابد. استراتژی کنترل قدرت پیشنهادی در شبیه سازی و آزمایشگاهی بر روی یک نمونه اولیه از یک میکروگرید کم توان مورد آزمایش قرار گرفته است.

مقدمه

با توجه به افزایش نگرانی ها در مورد محیط زیست و هزینه انرژی، صنعت برق تغییرات بنیادی را با بیشتر منابع انرژی تجدیدپذیر (RES) یا منابع میکروبی مانند سلول های فتوولتائیک، توربین های بادی کوچک و میکرو توربین ها در شبکه برق در قالب توزیع نسل (DG). این سیستم های DG مبتنی بر RES به طور معمول به شبکه از طریق سیستم های قدرت الکترونیک و سیستم های ذخیره انرژی متصل می شوند. یک سیستم منظم از این سیستم های DG یک میکروگرید را تشکیل می دهد. در مقایسه با یک DG تنها، میکروگرید دارای ظرفیت بیشتر و انعطاف پذیری کنترل برای دستیابی به قابلیت اطمینان سیستم و الزامات کیفیت انرژی است. Microgrid همچنین فرصت های بهینه سازی DG را از طریق تولید حرارت و برق ترکیبی (CHP) فراهم می کند که در حال حاضر مهم ترین ابزار بهبود بهره وری انرژی است. با ارائه خود به این ابزار به عنوان یک بار dispatchable، microgrid می تواند به خوبی رفتار کند و از مشکلات ناشی از واحد های واحد DG جلوگیری کند. علاوه بر این، microgrid می تواند در حالت متصل به شبکه یا حالت جزر و مد خودمختار عمل کند و به نفع هر دو ابزار و مشتریان باشد.

Year: 2009

Publisher : IEEE

By : Yun Wei Li, and Ching-Nan Kao