Design, Analysis, and Real-Time Testing of a Controller for Multibus Microgrid System

ABSTRACT

This paper concentrates on the design and analysis of a controller for multibus microgrid system. The controller proposed for use with each distributed generation (DG) system in the microgrid contains inner voltage and current loops for regulating the three-phase grid-interfacing inverter, and external power control loops for controlling real and reactive power flow and for facilitating power sharing between the paralleled DG systems when a utility fault occurs and the microgrid islands. The controller also incorporates synchronization algorithms for ensuring smooth and safe reconnection of the micro and utility grids when the fault is cleared. With the implementation of the unified controller, the multibus microgrid system is able to switch between islanding and grid-connected modes without disrupting critical loads connected to it. The performance of this unified controller has been verified in simulation using a real-time digital simulator (RTDS1 ) and experimentally using a scaled laboratory prototype.

INTRODUCTION

IN THE last few years, small distributed generation (DG systems, typically around 100 kW, have been gaining popu- 2 ) larity amongst industry and utilities due to their higher operating efficiencies and lower emission levels. These DG systems are powered by microsources such as fuel cells, photovoltaic cells, batteries, and microturbines etc., and have already been used to share peak generation during peak load hours when energy cost is high and to provide standby generation during system outages . A more recent concept is to group a cluster of loads and paralleled DG systems within a certain local area to form a microgrid . Being a systematic organization of DG systems, a microgrid has larger power capacity and more control flexibilities to fulfill system reliability and power quality requirements, in addition to all the inherited advantages of a single DG system. Proper operation of the microgrid in both the grid-connected and islanding modes requires the implementation of high performance power flow control and voltage regulation algorithms. The implemented control algorithms should preferably have no communication links between the paralleled DG systems, which can be located far apart. Thus, the control algorithms of each individual DG system should be designed to use only feedback variables that can be measured locally.

چکیده

این مقاله تمرکز بر طراحی و تجزیه و تحلیل یک کنترل کننده برای سیستم میکروگرید multibus است. کنترل کننده برای استفاده با هر سیستم تولید توزیع شده (DG) در میکروجد ارائه شده شامل ولتاژ داخلی و حلقه های فعلی برای تنظیم اینورتر سه فاز شبکشی شبکه و حلقه های کنترل خارجی قدرت برای کنترل جریان جریان واقعی و راکتیو و برای تسهیل اشتراک قدرت بین سیستم های DG paralleled زمانی که گسل ابزار و جزایر microgrid اتفاق می افتد. کنترل کننده همچنین الگوریتم های هماهنگ سازی را برای اطمینان از اتصال مجدد صحیح و ایمن شبکه های میکرو و شبکه های برق هنگام گسل پاک می کند. با اجرای یک کنترلر متحد، سیستم میکروگرید چند باند قادر به تغییر بین حالت های جزر و مدی و متصل به شبکه بدون ایجاد اختلال بارهای بحرانی متصل به آن می شود. عملکرد این کنترلر یکپارچه در شبیه سازی با استفاده از یک شبیه ساز دیجیتال در زمان واقعی (RTDS1) و با استفاده از یک نمونه اولیه آزمایشگاهی مقیاس آزمایش شده است.

مقدمه

در چند سال گذشته، تولید کوچک توزیع شده (سیستم های DG، معمولا حدود 100 کیلو وات) در صنعت و آب و برق به علت راندمان کارآیی بالاتری و سطوح انتشار پایین تر، در حال افزایش است. این سیستم های DG توسط میکرو منابع مانند سلول های سوختی، سلول های فتوولتائیک، باتری ها، و میکروتوربین ها و غیره طراحی شده اند و از قبل برای به اشتراک گذاشتن تولید پیک در طول روزهای بار پیک، زمانی که هزینه انرژی بالا است و برای تولید خازنی در طول قطع شدن سیستم، تولید می شود. یک مفهوم جدید این است که گروهی از بارها و سیستم های DG مشابه را در یک ناحیه خاص خاص تشکیل دهند تا یک میکروگرید ایجاد کنند. سازماندهی سیستماتیک سیستمهای DG، یک میکروگرید دارای ظرفیت قدرت بیشتری است و انعطافپذیری بیشتری را برای کنترل قابلیت اطمینان سیستم و الزامات کیفیت انرژی به همراه تمام مزایای ارثی یک سیستم DG به همراه دارد. عملکرد مناسب میکروگرید در هر دو حالت شبکه و متصل به جزیره نیاز به اجرای کنترل جریان قدرت بالا و الگوریتم تنظیم ولتاژ دارد. الگوریتم های کنترل اجرایی باید ترجیحا دارای ارتباطات ارتباطی بین سیستم های DG مجاور باشند که می توانند از هم جدا شوند. بنابراین، الگوریتم های کنترل هر یک از سیستم های DG فرد باید برای استفاده از متغیرهای بازخوردی که می توانند به صورت محلی اندازه گیری شوند، طراحی شده اند.

Year: 2004

Publisher : IEEE

By : Yunwei Li, D. Mahinda Vilathgamuwa, and Poh Chiang Loh