Power Management Strategies for a Microgrid With Multiple Distributed Generation Units

ABSTRACT

This paper addresses real and reactive power management strategies of electronically interfaced distributed generation (DG) units in the context of a multiple-DG microgrid system. The emphasis is primarily on electronically interfaced DG (EI-DG) units. DG controls and power management strategies are based on locally measured signals without communications. Based on the reactive power controls adopted, three power management strategies are identified and investigated. These strategies are based on 1) voltage- droop characteristic, 2) voltage regulation, and 3) load reactive power compensation. The real power of each DG unit is controlled based on a frequency-droop characteristic and a complimentary frequency restoration strategy. A systematic approach to develop a small-signal dynamic model of a multiple-DG microgrid, including real and reactive power management strategies, is also presented. The microgrid eigen structure, based on the developed model, is used to 1) investigate the microgrid dynamic behavior, 2) select control parameters of DG units, and 3) incorporate power management strategies in the DG controllers. The model is lso used to investigate sensitivity of the design to changes of parameters and operating point and to ptimize performance of the microgrid system. The results are used to discuss applications of the proposed power management strategies under various microgrid operating conditions.

INTRODUCTION

PROLIFERATION of distributed resource (DR) units in the form of distributed generation (DG), distributed storage (DS), or a hybrid of DG and DS units has brought about the concept of microgrid . A microgrid is defined as a cluster of DR units and loads, serviced by a distribution system, and can operate in 1) the grid- connected mode, 2) the islanded (autonomous) mode, and 3) ride-through between the two modes. The idea supporting the formation of the microgrid is that a paradigm consisting of multiple generators and aggregated loads is adequately reliable and economically viable as an operational electric system. A power management strategy (PMS) is required for sound operation of a microgrid with multiple (more than two) DG units, particularly during the autonomous mode of operation. Fast response of PMS is more critical for a microgrid as compared with a large interconnected grid.

چکیده

این مقاله به استراتژی های مدیریت انرژی قدرت واقعی و راکتیو از واحدهای تولید پراکنده (DG) متصل شده به الکترونیک در زمینه سیستم میکروگرید چندگانه اشاره دارد. تاکید عمدتا بر روی واحد الکترونیکی DG (EI-DG) است. کنترل های DG و استراتژی های مدیریت انرژی براساس سیگنال های محلی اندازه گیری شده بدون ارتباطات است. بر اساس کنترل های توان راکتیو، سه استراتژی مدیریت قدرت شناسایی و مورد بررسی قرار می گیرند. این استراتژی ها بر اساس 1) ویژگی ولتاژ droop، 2) تنظیم ولتاژ و 3) جبران توان راکتیو بار است. قدرت واقعی هر واحد DG براساس ویژگی فرکانس خاموش و استراتژی ترمیم مجدد فرکانس کنترل می شود. یک رویکرد سیستماتیک برای توسعه یک مدل پویای کوچک سیگنال microgrid چندگانه، از جمله راهکارهای مدیریت انرژی واقعی و راکتیو، نیز ارائه شده است. ساختار ويژه microgrid براساس مدل توسعه يافته به 1) استفاده از رفتار پویاي میکروگريد مورد بررسی قرار می گيرد؛ 2) پارامترهای کنترل واحد DG را انتخاب کرده و 3) استراتژی های مدیریت قدرت را در کنترل کننده های DG ترکیب می کند. مدل LSO برای بررسی حساسیت طراحی به تغییر پارامترها و نقطه عمل و برای بهینه سازی عملکرد سیستم میکروجیج مورد استفاده قرار می گیرد. نتایج مورد استفاده برای بحث در مورد برنامه های کاربردی استراتژی های مدیریت قدرت در شرایط عملیاتی مختلف microgrid مورد استفاده قرار می گیرد.

مقدمه

توزیع منابع واحد توزیع شده (DR) به شکل تولید توزیع شده (DG)، ذخیره سازی توزیع شده (DS) یا ترکیبی از واحدهای DG و DS، مفهوم microgrid را به ارمغان آورده است. یک میکروگرید به عنوان خوشه ای از واحدهای DR و بارها تعریف شده و توسط یک سیستم توزیع تحت سرویس تعریف می شود و می تواند در 1) حالت متصل به شبکه، 2) حالت جزر و مد (مستقل) و 3) سوئیچ بین دو حالت . ایده حمایت از تشکیل میکروگرید این است که پارادایم متشکل از مولد های متعدد و بارهای جمع شده به اندازه یک سیستم الکتریکی عملیاتی به اندازه کافی قابل اعتماد و اقتصادی است. استراتژی مدیریت انرژی (PMS) برای عملکرد صحیح یک میکروگرید با چند (بیش از دو) واحد DG، به ویژه در حالت عملیاتی مستقل، مورد نیاز است. پاسخ سریع PMS برای یک میکروگرید در مقایسه با یک شبکه بزرگ متصل است.

Year: 2006

Publisher : IEEE

By : F. Katiraei, and M. R. Iravani