بهبود عملکرد روش‌های افتی متداول هنگام وقوع خطا در یک ریزشبکه‌ی جزیره‌ای با استفاده از مفهوم امپدانس مجازی

محورهای موضوعی : مهندسی برق قدرت

سبحان طحان زاده ¹ , فرشاد زندی ² , بهادر فانی ³ , متین دشتی پور ⁴ , احسان ادیب ⁵ , اسماعیل رک رک ⁶

1 - دانشکده مهندسی برق، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران
2 - دانشکده مهندسی برق، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران
3 - مرکز تحقیقات ریزشبکه های هوشمند، واحد نجف‌ آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران
4 - دانشکده مهندسی برق، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران
5 - دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران
6 - گروه برق دانشکده فنی و مهندسی برق، دانشگاه لرستان، لرستان، ایران

تاریخ دریافت : 1400/12/27 تاریخ پذیرش : 1401/03/18 تاریخ انتشار : 1401/03/01

کلید واژه: خطای اتصال کوتاه, تقسیم توان راکتیو, تنظیم ولتاژ, ریزشبکه‌ جزیره‌ای, روش‌ افتی معمول,

چکیده مقاله :

اکثر ریزمنابع از طریق مبدل‌های الکترونیک قدرت به ریزشبکه متصل می‌شوند. بنابراین، ریزشبکه می‌تواند به عنوان یک گروه از مبدل-های موازی در نظر گرفته شود. یک روش شناخته شده برای کنترل گروهی از مبدل‌های موازی در ساختار کنترل غیر متمرکز در یک ریزشبکه‌ی جزیره‌ای، استفاده از مشخصه‌های افتی فرکانس و ولتاژ است. مشکل استفاده از مشخصه‌های افتی معمول این است که تقسیم توان راکتیو متناسب با ظرفیت ریزمنابع میان آن‌ها انجام نمی‌شود. این موضوع ممکن است منجر به اضافه بار شدن مبدل‌ها گردد. ماهیت مشخصه‌های افتی مرسوم خطی است. بنابراین این مشخصه‌ها درجه‌ی آزادی کافی برای عملکرد مناسب در شرایط غیرخطی همچون وقوع خطای اتصال کوتاه را ندارند. راه‌حل‌های ارایه شده برای این مشکل عمدتاً محدود به ریزشبکه‌های با ساختار خاص بوده و یا نیازمند دانستن اطلاعات وسیع از شبکه می‌باشد. به همین منظور در این مقاله یک استراتژی‌ جدید کنترل توان مبتنی بر روش غیرمتمرکز برای یک ریزشبکه خودگردان متشکل از منابع ولتاژ اینورتری ارایه شده است. استراتژی کنترل پیشنهادی بر پایه‌-ی روش‌های افتی معمول بنا نهاده شده است. در روش پیشنهادی مشخصه‌های افتی معمول از طریق تنظیم عرض از مبدأ و با استفاده از حلقه‌ی امپدانس مجازی به گونه‌ای اصلاح می‌گردنند که نسبت به تغییرات نقطه‌ی کار منابع موجود در ریزشبکه به صورت وفقی و به سرعت پاسخ داده و منجر به تقسیم توان اکتیو و راکتیو ایده‌آل گردند. همچنین رویکرد پیشنهادی منجر به بهبود تنظیم ولتاژ هم در شرایط عادی ریزشبکه و هم در هنگام وقوع خطا می‌شود.

چکیده انگلیسی:

Most Micro-Sources (MSs) are interfaced to a Micro-Grid (MG) using power electronics converters. Therefore, a MG can be envisioned as a group of parallel converters. A well-known method to control a group of parallel converters in the decentralized control structure in a MG is to use frequency and voltage droop characteristics. A problem associated with conventional droop characteristics is that reactive power is not always properly shared among MSs which may lead to converter overloading. The nature of conventional droop characteristics is linear. Therefore, these characteristics do not have a sufficient degree of freedom to function properly in nonlinear conditions, such as the occurrence of short circuit faults. Most of proposed methods in the literature are limited to specific MG structures or need extensive information of grid. For this purpose, in this paper, a new power control strategy based on a decentralized method for autonomous micro-grid consisting of voltage source inverters is presented. The control strategy based on voltage and frequency droop control methods. In the proposed method, conventional droop characteristics are corrected by using virtual impedance loop to adjusting the y-intercept of conventional curves. The proposed approach also improves voltage regulation both under normal micro-grid conditions and when faults occur.

منابع و مأخذ:

[1]        D. E. Olivares, A. Mehrizi-Sani, A. H. Etemadi, C. A. Cañizares, R. Iravani, M. Kazerani, A. H. Hajimiragha, O. Gomis-Bellmunt, M. Saeedifard, R. Palma-Behnke, and N. D. Hatziargyriou, “Trends in microgrid control,” IEEE Transactions on smart grid, vol. 5, no. 4, pp. 1905-1919, 2014, doi: 10.1109/TSG.2013.2295514.

[2]        F. Katiraei, R. Iravani, N. Hatziargyriou, and A. Dimeas, “Microgrids management,” IEEE power and energy magazine, vol. 6, no. 3, pp. 54-65, 2008, doi: 10.1109/MPE.2008.918702.

[3]        B. Fani, F. Zandi, and A. Karami-Horestani, “An enhanced decentralized reactive power sharing strategy for inverter-based microgrid,” International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 98, pp. 531-542, 2018, doi: 10.1016/j.ijepes.2017.12.023.

[4]        F. Zandi, B. Fani, I. Sadeghkhani, and A. Orakzadeh, “Adaptive complex virtual impedance control scheme for accurate reactive power sharing of inverter interfaced autonomous microgrids,” IET Generation, Transmission & Distribution, vol. 12, no. 22, pp. 6021-6032, 2018, doi: 10.1049/iet-gtd.2018.5123.

[5]        J. Schiffer, T. Seel, J. Raisch, and T. Sezi, “Voltage Stability and Reactive Power Sharing in Inverter-Based Microgrids With Consensus-Based Distributed Voltage Control,” IEEE Trans. Contr. Sys. Techn., vol. 24, no. 1, pp. 96-109, 2016, doi: 10.1109/TCST.2015.2420622.

[6]        H. Zhang, S. Kim, Q. Sun, and J. Zhou, “Distributed adaptive virtual impedance control for accurate reactive power sharing based on consensus control in microgrids,” IEEE Transactions on Smart Grid, vol. 8, no. 4, pp. 1749-1761, 2017, doi: 10.1109/TSG.2015.2506760.

[7]        J. He and Y. W. Li, “An enhanced microgrid load demand sharing strategy,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 27, no. 9, pp. 3984-3995, 2012, doi: 10.1109/TPEL.2012.2190099.

[8]        M. Kosari and S. H. Hosseinian, “Decentralized reactive power sharing and frequency restoration in islanded microgrid,” IEEE Transactions on Power Systems, vol. 32, no. 4, pp. 2901-2912, 2016, doi: 10.1109/TPWRS.2016.2621033.

[9]        H. Han, Y. Liu, Y. Sun, M. Su, and J. M. Guerrero, “An improved droop control strategy for reactive power sharing in islanded microgrid,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 30, no. 6, pp. 3133-3141, 2015, doi: 10.1109/TPEL.2014.2332181.

[10]      F. Zandi, B. Fani, and A. Golsorkhi, “A visually driven nonlinear droop control for inverter-dominated islanded microgrids,” Electrical Engineering, pp. 1-16, 2020, doi: 10.1007/s00202-020-00942-7.

[11]      Y. Zhu, F. Zhuo, F. Wang, B. Liu, R. Gou, and Y. Zhao, “A virtual impedance optimization method for reactive power sharing in networked microgrid,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 31, no. 4, pp. 2890-2904, 2016, doi: 10.1109/TPEL.2015.2450360.

[12]      H. Mahmood, D. Michaelson, and J. Jiang, “Accurate reactive power sharing in an islanded microgrid using adaptive virtual impedances,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 30, no. 3, pp. 1605-1617, 2015, doi: 10.1109/TPEL.2014.2314721.

[13]      I. Sadeghkhani, M. E. H. Golshan, A. Mehrizi-Sani, J. M. Guerrero, and A. Ketabi, “Transient monitoring function–based fault detection for inverter-interfaced microgrids,” IEEE Transactions on Smart Grid, vol. 9, no. 3, pp. 2097-2107, 2018, doi: 10.1109/TSG.2016.2606519.

[14]      K. O. Oureilidis and C. S. Demoulias, “A Fault Clearing Method in Converter-Dominated Microgrids With Conventional Protection Means,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 31, no. 6, pp. 4628-4640, 2016, doi: 10.1109/tpel.2015.2476702.

[15]      H. Al-Nasseri and M. Redfern, “A new voltage based relay scheme to protect micro-grids dominated by embedded generation using solid state converters,” 19th International Conference Electricity Distribution, pp. 1-4, 2007.

[16]      H. Al-Nasseri and M. Redfern, “Harmonics content based protection scheme for micro-grids dominated by solid state converters,” 12th International Middle-East Power System Conference, pp. 50-56, 2008, doi: 10.1109/MEPCON.2008.4562361.

[17]      S. M. Brahma, “Fault location in power distribution system with penetration of distributed generation,” IEEE transactions on power delivery, vol. 26, no. 3, pp. 1545-1553, 2011, doi: 10.1109/TPWRD.2011.2106146.

[18]      T. Morstyn, B. Hredzak, and V. G. Agelidis, “Control strategies for microgrids with distributed energy storage systems: An overview,” IEEE Transactions on Smart Grid, vol. 9, no. 4, pp. 3652-3666, 2016, doi:10.1109/TSG.2016.2637958.

[19]      E. Rokrok and M. E. H. Golshan, “Adaptive voltage droop scheme for voltage source converters in an islanded multibus microgrid,” IET generation, transmission & distribution, vol. 4, no. 5, pp. 562-578, 2010, doi: 10.1049/iet-gtd.2009.0146.

[20]      J. M. Guerrero, J. Matas, L. G. de Vicuna, M. Castilla, and J. Miret, “Decentralized control for parallel operation of distributed generation inverters using resistive output impedance,” IEEE Transactions on industrial electronics, vol. 54, no. 2, pp. 994-1004, 2007, doi: 10.1109/TIE.2007.892621.

[21]      Q.-C. Zhong, “Robust droop controller for accurate proportional load sharing among inverters operated in parallel,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 60, no. 4, pp. 1281-1290, 2013, doi: 10.1109/TIE.2011.2146221.