Control of a Multiple Source Microgrid With Built-in Islanding Detection and Current Limiting

ABSTRACT

An approach for the control of a voltage-sourced converter-interfaced distributed energy resource microgrid environment with multiple energy sources is analyzed and experimentally validated. The control approach is designed to operate in grid-connected and islanded modes of operation, as well as provide a smooth transition between the two modes. Additional features including islanding detection with positive feedback and dynamic overcurrent limiting are also evaluated. Validation is achieved through the results obtained from a scaled down prototype system with further results from the time-domain simulation of a medium-voltage microgrid.

INTRODUCTION

AS THE depth of penetration of distributed sources (DERs) increases to meet the rise in demand energy refor electricity while reducing environmental impacts , microgrids will become more commonplace . Sources which are part of a microgrid have unique requirements: each DER, whether a distributed generator (DG) source or a distributed storage (DS) unit, should be able to be added and removed without a significant impact on the microgrid. The microgrid should also be able to transition smoothly between grid-connected (GC) mode and islanded (IS) modes in both preplanned and emergency situations . In most cases, a DER unit is interfaced to the host microgrid with a voltage-sourced converter (abbreviated as converter throughout this paper), creating the need for an effective method of controlling this interface converter to meet these microgrid operational requirements . This paper further explores the converter control strategy introduced in ; a phase and magnitude variance-based controller which incorporates features necessary for operation in a microgrid environment (i.e., islanding detection, overcurrent protection, and droop control). This control strategy will be referred to throughout this paper as the voltage-controlled strategy (VCS). The intention of this paper is to further that of by: • demonstrating its use with multiple sources; • compare and test its compatibility with sources utilizing other control methods; • characterize the overcurrent limiting capabilities; • discuss islanding detection tuning procedures; • validate operation experimentally with hardware implementation. A common approach to converter control is based on regulation of direct and quadrature (dq) current components (i.e., the converter is operated as a current-controlled voltage source).

چکیده

یک رویکرد برای کنترل منبع مبدل منابع انرژی توزیع شده با مبدل مبدل ولتاژ با محیط های چندگانه چندگانه مورد تحلیل و آزمایش قرار گرفته است. رویکرد کنترل طراحی شده است برای کار در حالت های شبکه های متصل و جزر و مد، و همچنین ارائه انتقال صاف بین دو حالت. ویژگی های اضافی، از جمله شناسایی جزیره با بازخورد مثبت و محدودیت بیش از حد پویا، نیز ارزیابی می شود. اعتبار سنجی از طریق نتایج به دست آمده از یک سیستم نمونه اولیه کوچک شده با نتایج بیشتر از شبیه سازی محدوده زمانی یک میکروگرید ولتاژ متوسط بدست می آید.

مقدمه

همانطور که عمق نفوذ منابع توزیع شده (DERs) افزایش می یابد تا از افزایش انرژی تقاضا برای جلوگیری از مصرف برق جلوگیری شود، در حالی که کاهش اثرات زیست محیطی، میکروگرید ها بیشتر شایع می شوند. منابع که بخشی از یک میکروگرید هستند الزامات منحصر به فردی دارند: هر DER، چه منبع ژنراتور توزیع (DG) یا یک واحد توزیع ذخیره سازی (DS)، باید بتواند بدون تاثیر قابل توجه روی میکروگرید اضافه شود و حذف شود. Microgrid همچنین باید قادر به انتقال یکنواخت بین حالت شبکه (GC) و حالت های جزر و مد (IS) در هر دو شرایط پیش از برنامه ریزی و اضطراری باشد. در اغلب موارد، یک واحد DER با مبدل ولتاژ منبع (به اختصار به عنوان مبدل در این مقاله) به یک میکروگرید میزبان متصل شده است، و ایجاد نیاز به یک روش موثر کنترل این مبدل رابط برای پاسخگویی به این نیازهای عملیاتی microgrid است. این مقاله بیشتر به بررسی استراتژی کنترل مبدل معرفی شده در؛ یک فاز و اندازه واریانس مبتنی بر کنترل کننده است که شامل ویژگی های لازم برای عمل در محیط میکروگرید (به عنوان مثال، شناسایی جزیره، حفاظت بیش از حد جریان، و کنترل خنثی). این استراتژی کنترل در این مقاله به عنوان استراتژی کنترل ولتاژ (VCS) اشاره خواهد شد. هدف از این مقاله این است که بیشتر از موارد زیر باشد: • نشان دادن استفاده از آن با منابع متعدد؛ • مقایسه و تست سازگاری آن با منابع با استفاده از روش های کنترل دیگر؛ • قابلیت محدود کردن بیش از حد جریان را مشخص کنید. • در مورد تنظیمات تشخیص تشخیص Islanding بحث کنید؛ • آزمایش عملیات با اجرای سخت افزار را تایید کنید. یک رویکرد رایج در کنترل مبدل بر اساس تنظیم اجزای کنونی مستقیم و چهار بعدی (dq) است (به عنوان مثال مبدل به عنوان منبع ولتاژ تحت کنترل جریان عمل می شود).

Year: 2012

Publisher : IEEE

By : Jeffrey M. Bloemink, and M. Reza Iravani