• Energy Research
• EC close

Une stratégie de contrôle distribué est proposée pour partager les courants déséquilibrés dans les micro-réseaux CA triphasés isolés à trois fils (MG). Il est basé sur une nouvelle approche où, plutôt que d'analyser le MG comme un système triphasé, il est analysé comme trois sous-systèmes monophasés. La proposition utilise un schéma de baisse $Q-E$ monophasé modifié dans lequel deux actions de contrôle secondaires supplémentaires sont introduites par phase. La première action de contrôle effectue la régulation de tension, tandis que la seconde réalise le partage des composantes de courant de séquence négative entre les convertisseurs de puissance à 3 branches situés dans le MG. Ces actions de contrôle secondaire sont calculées en ligne à l'aide d'un schéma de contrôle distribué consensuel pour partager les composantes de courant de séquence négative, la régulation de tension et la régulation du déséquilibre à la tension de sortie des convertisseurs pour répondre aux normes de qualité de l'alimentation IEEE. La méthodologie proposée présente les avantages suivants par rapport à d'autres solutions de commande distribuées, telles que celles basées sur les composants symétriques ou celles basées sur la théorie de puissance conservatrice : (i) elle réalise le partage des courants déséquilibrés, induisant des déséquilibres plus faibles dans les tensions de sortie des convertisseurs que ceux des autres méthodes, et (ii) le partage des courants déséquilibrés est réalisé simultanément à la fois dans le domaine de séquence et dans le domaine a-b-c. Ce dernier est difficile à réaliser en utilisant d'autres solutions, comme cela sera démontré dans ce travail. Une validation expérimentale approfondie de l'approche distribuée proposée est fournie à l'aide d'une MG à 3 fils à l'échelle du laboratoire. Se propone una estrategia de control distribuido para compartir corrientes desequilibradas en microrredes (MG) de CA aisladas trifásicas de tres hilos. Se basa en un enfoque novedoso en el que, en lugar de analizar el MG como un sistema trifásico, se analiza como tres subsistemas monofásicos. La propuesta utiliza un esquema monofásico modificado $Q-E$ DROOP donde se introducen dos acciones de control secundarias adicionales por fase. La primera acción de control realiza la regulación de voltaje, mientras que la segunda logra el intercambio de componentes de corriente de secuencia negativa entre los convertidores de potencia de 3 patas ubicados en la MG. Estas acciones de control secundario se calculan en línea utilizando un esquema de control distribuido basado en consenso para compartir componentes de corriente de secuencia negativa, regulación de voltaje y regulación del desequilibrio en el voltaje de salida de los convertidores para cumplir con los estándares de calidad de energía del IEEE. La metodología propuesta tiene las siguientes ventajas sobre otras soluciones de control distribuido, como las basadas en los componentes simétricos o las basadas en la Teoría del Poder Conservador: (i) logra compartir corrientes desequilibradas, induciendo desequilibrios más pequeños en las tensiones de salida de los convertidores que los de otros métodos, y (ii) el reparto de las corrientes desequilibradas se realiza simultáneamente tanto en el dominio de la secuencia como en el dominio a-b-c. Esto último es difícil de lograr con otras soluciones, como se demostrará en este trabajo. Se proporciona una amplia validación experimental del enfoque distribuido propuesto utilizando un MG de 3 hilos a escala de laboratorio. A distributed control strategy is proposed to share unbalanced currents in three-phase three-wire isolated AC Microgrids (MGs). It is based on a novel approach where, rather than analysing the MG as a three-phase system, it is analysed as three single-phase subsystems. The proposal uses a modified single-phase $Q-E$ droop scheme where two additional secondary control actions are introduced per phase. The first control action performs voltage regulation, while the second one achieves the sharing of negative sequence current components between the 3-legs power converters located in the MG. These secondary control actions are calculated online using a consensus-based distributed control scheme to share negative sequence current components, voltage regulation, and regulating the imbalance at the converters' output voltage to meet the IEEE power quality standards. The proposed methodology has the following advantages over other distributed control solutions, such as those based on the symmetrical components or those based on the Conservative Power Theory: (i) it achieves sharing of unbalanced currents, inducing smaller imbalances in the converters' output voltages than those of other methods, and (ii) the sharing of the unbalanced currents is simultaneously realised in both the sequence domain and the a-b-c domain. The latter is difficult to achieve using other solutions, as will be demonstrated in this work. Extensive experimental validation of the proposed distributed approach is provided using a laboratory-scale 3-wire MG. تُقترح استراتيجية تحكم موزعة لمشاركة التيارات غير المتوازنة في شبكات التيار المتردد المجهرية المعزولة بثلاث أسلاك ثلاثية الطور (MGS). وهو يعتمد على نهج جديد حيث، بدلاً من تحليل MG كنظام ثلاثي الطور، يتم تحليله على أنه ثلاثة أنظمة فرعية أحادية الطور. يستخدم الاقتراح مخططًا معدلاً للتدلي على مرحلة واحدة حيث يتم تقديم إجراءين إضافيين للتحكم الثانوي لكل مرحلة. يقوم إجراء التحكم الأول بتنظيم الجهد، بينما يحقق الإجراء الثاني مشاركة مكونات تيار التسلسل السلبي بين محولات الطاقة ثلاثية الأرجل الموجودة في MG. يتم حساب إجراءات التحكم الثانوية هذه عبر الإنترنت باستخدام مخطط تحكم موزع قائم على الإجماع لمشاركة مكونات تيار التسلسل السلبي، وتنظيم الجهد، وتنظيم عدم التوازن في جهد خرج المحولات لتلبية معايير جودة طاقة IEEE. تتمتع المنهجية المقترحة بالمزايا التالية على حلول التحكم الموزعة الأخرى، مثل تلك القائمة على المكونات المتماثلة أو تلك القائمة على نظرية القوة المحافظة: (1) تحقق مشاركة التيارات غير المتوازنة، مما يؤدي إلى اختلالات أصغر في فولتية خرج المحولات من تلك الخاصة بالطرق الأخرى، و (2) يتم تحقيق مشاركة التيارات غير المتوازنة في وقت واحد في كل من مجال التسلسل ومجال a - b - c. من الصعب تحقيق هذا الأخير باستخدام حلول أخرى، كما سيتضح في هذا العمل. يتم توفير التحقق التجريبي المكثف للنهج الموزع المقترح باستخدام MG على نطاق مختبري بثلاثة أسلاك.

L'intérêt et les efforts de recherche se concentrent de plus en plus sur l'analyse, la conception et la mise en œuvre de systèmes de contrôle distribués pour les micro-réseaux AC, DC et hybrides AC / DC. Il est affirmé que les contrôleurs distribués présentent plusieurs avantages par rapport aux schémas de contrôle centralisés, par exemple, une fiabilité, une flexibilité, une contrôlabilité, un fonctionnement au démarrage noir, une robustesse aux pannes dans les liaisons de communication, etc. améliorées. Dans ce travail, un aperçu de l'état de l'art des systèmes de contrôle coopératifs distribués pour les micro-réseaux isolés est présenté. Les protocoles de contrôle coopératif tels que le consensus linéaire, le consensus hétérogène et le consensus à temps fini sont discutés et examinés dans ce document. Les algorithmes coopératifs distribués pour les systèmes de contrôle primaire et secondaire, y compris (entre autres problèmes) l'impédance virtuelle, l'inertie synthétique, le contrôle sans affaissement, l'analyse de stabilité, le partage de déséquilibre, la régulation de la distorsion harmonique totale, sont également examinés et discutés dans cette enquête. Les systèmes de contrôle tertiaire, par exemple, pour la répartition économique de l'énergie électrique, basés sur des approches de contrôle coopératif, sont également abordés dans ce travail. Cette revue met également en évidence les problèmes existants, les défis de la recherche et les tendances futures en matière de contrôle coopératif distribué des micro-réseaux et de leurs applications futures. Existe un creciente interés y esfuerzo de investigación centrado en el análisis, diseño e implementación de sistemas de control distribuido para microrredes AC, DC e híbridas AC / DC. Se afirma que los controladores distribuidos tienen varias ventajas sobre los esquemas de control centralizados, por ejemplo, confiabilidad mejorada, flexibilidad, controlabilidad, operación de arranque en negro, robustez ante fallas en los enlaces de comunicación, etc. En este trabajo, se presenta una visión general del estado de la técnica de los sistemas de control cooperativo distribuido para microrredes aisladas. Los protocolos para el control cooperativo, como el consenso lineal, el consenso heterogéneo y el consenso de tiempo finito, se discuten y revisan en este documento. Los algoritmos cooperativos distribuidos para sistemas de control primario y secundario, que incluyen (entre otros problemas) impedancia virtual, inercia sintética, control libre de caída, análisis de estabilidad, distribución de desequilibrio, regulación de distorsión armónica total, también se revisan y discuten en esta encuesta. Los sistemas de control terciario, por ejemplo, para el despacho económico de energía eléctrica, basados en enfoques de control cooperativo, también se abordan en este trabajo. Esta revisión también destaca los problemas existentes, los desafíos de investigación y las tendencias futuras en el control cooperativo distribuido de las microrredes y sus aplicaciones futuras. There is an increasing interest and research effort focused on the analysis, design and implementation of distributed control systems for AC, DC and hybrid AC / DC microgrids. It is claimed that distributed controllers have several advantages over centralised control schemes, e.g., improved reliability, flexibility, controllability, black start operation, robustness to failure in the communication links, etc. In this work, an overview of the state-of-the-art of distributed cooperative control systems for isolated microgrids is presented. Protocols for cooperative control such as linear consensus, heterogeneous consensus and finite-time consensus are discussed and reviewed in this paper. Distributed cooperative algorithms for primary and secondary control systems, including (among others issues) virtual impedance, synthetic inertia, droop-free control, stability analysis, imbalance sharing, total harmonic distortion regulation, are also reviewed and discussed in this survey. Tertiary control systems, e.g., for economic dispatch of electric energy, based on cooperative control approaches, are also addressed in this work. This review also highlights existing issues, research challenges and future trends in distributed cooperative control of microgrids and their future applications. هناك اهتمام متزايد وجهود بحثية تركز على تحليل وتصميم وتنفيذ أنظمة التحكم الموزعة للشبكات الصغيرة AC و DC و AC / DC الهجينة. يُزعم أن وحدات التحكم الموزعة تتمتع بالعديد من المزايا على أنظمة التحكم المركزية، على سبيل المثال، تحسين الموثوقية والمرونة وإمكانية التحكم وتشغيل البداية السوداء وقوة الفشل في روابط الاتصال وما إلى ذلك. في هذا العمل، يتم تقديم نظرة عامة على أحدث أنظمة التحكم التعاونية الموزعة للشبكات الصغيرة المعزولة. تتم مناقشة ومراجعة بروتوكولات الرقابة التعاونية مثل الإجماع الخطي والإجماع غير المتجانس والإجماع محدود الوقت في هذه الورقة. كما تتم مراجعة ومناقشة الخوارزميات التعاونية الموزعة لأنظمة التحكم الأولية والثانوية، بما في ذلك (من بين أمور أخرى) المعاوقة الافتراضية، والقصور الذاتي الاصطناعي، والتحكم الخالي من التدلي، وتحليل الاستقرار، ومشاركة الاختلال، وتنظيم التشوه التوافقي الكلي، في هذا الاستطلاع. كما يتم تناول أنظمة التحكم الثلاثية، على سبيل المثال، للإرسال الاقتصادي للطاقة الكهربائية، بناءً على مناهج التحكم التعاونية، في هذا العمل. تسلط هذه المراجعة الضوء أيضًا على القضايا الحالية والتحديات البحثية والاتجاهات المستقبلية في التحكم التعاوني الموزع للشبكات الدقيقة وتطبيقاتها المستقبلية.

Microgrids are the cornerstone for a new model of electrical generation based on renewable resources. Commonly microgrids are controlled with a centralised hierarchical structure, which is inherited from power systems. However, a time-scale separation between traditional fast frequency restoration and slow economic dispatch may be counterproductive in the long run because the slow long-term economic dispatch increases the prediction uncertainty. In an effort to improve the economical operation of microgrids, this work proposes a distributed model predictive control strategy for the operation of isolated microgrids based on a consensus strategy that tackles both the economic dispatch and frequency restoration over the same time-scale. The proposed controller can operate without knowledge of the microgrid's topology: instead, typical local measurements and other information from neighboring generation units are required. Experimental results demonstrate that the controller is robust to load variations and communication issues, but the plug-and-play nature of the system is preserved.

Un système de contrôle distribué est proposé qui utilise la théorie de puissance conservatrice (CPT) et un algorithme de consensus pour partager le déséquilibre et les harmoniques entre différents convertisseurs dans des micro-réseaux triphasés à quatre fils contrôlés par affaissement (MG). Le CPT est utilisé pour identifier les composantes équilibrées, déséquilibrées et déformées des courants et des puissances dans le système. Des boucles de commande basées sur l'impédance virtuelle et mises en œuvre dans le cadre a-b-c stationnaire sont ensuite utilisées pour répartir ces composants entre les différents convertisseurs de la MG. Les amplitudes des impédances virtuelles sont calculées de manière adaptative à l'aide d'un nouveau schéma de contrôle distribué basé sur le consensus dans le but de partager les déséquilibres et les harmoniques en fonction de la capacité VA résiduelle de chaque convertisseur tout en régulant le déséquilibre et la distorsion à leur sortie pour répondre aux normes de qualité d'alimentation IEEE appropriées. Des simulations approfondies montrent que le contrôle distribué proposé a d'excellentes performances, et la validation expérimentale est fournie à l'aide d'une MG à 4 fils à l'échelle du laboratoire. Se propone un sistema de control distribuido que utiliza la teoría del poder conservador (CPT) y un algoritmo de consenso para compartir el desequilibrio y los armónicos entre diferentes convertidores en microrredes trifásicas controladas por caída de cuatro hilos (MG). El CPT se utiliza para identificar los componentes equilibrados, desequilibrados y distorsionados de las corrientes y potencias en el sistema. Los bucles de control basados en la impedancia virtual e implementados en el marco estacionario a-b-c se utilizan para distribuir estos componentes entre los diversos convertidores en la MG. Las magnitudes de las impedancias virtuales se calculan de forma adaptativa utilizando un novedoso esquema de control distribuido basado en el consenso con el objetivo de compartir desequilibrios y armónicos de acuerdo con la capacidad de VA residual de cada convertidor, al tiempo que se regula el desequilibrio y la distorsión en su salida para cumplir con los estándares de calidad de energía IEEE apropiados. Amplias simulaciones muestran que el control distribuido propuesto tiene un excelente rendimiento, y la validación experimental se proporciona utilizando un MG de 4 hilos a escala de laboratorio. A distributed control system is proposed which uses the Conservative Power Theory (CPT) and a consensus algorithm to share imbalance and harmonics between different converters in three-phase four-wire droop-controlled Microgrids (MGs). The CPT is used to identify the balanced, unbalanced and distorted components of the currents and powers in the system. Control loops based on virtual impedance and implemented in the stationary a-b-c frame are then used to distribute these components between the various converters in the MG. The magnitudes of the virtual impedances are adaptively calculated using a novel consensus-based distributed control scheme with the aim of sharing imbalances and harmonics according to the residual VA capacity of each converter whilst regulating the imbalance and distortion at their output to meet the appropriate IEEE power quality standards. Extensive simulations show that the proposed distributed control has excellent performance, and experimental validation is provided using a laboratory-scale 4-wire MG. يُقترح نظام تحكم موزع يستخدم نظرية القوة المحافظة (CPT) وخوارزمية إجماع لمشاركة الاختلال والتوافقيات بين المحولات المختلفة في الشبكات الدقيقة رباعية الأسلاك ثلاثية الطور (MGS). يتم استخدام CPT لتحديد المكونات المتوازنة وغير المتوازنة والمشوهة للتيارات والقوى في النظام. ثم يتم استخدام حلقات التحكم القائمة على المعاوقة الافتراضية وتنفيذها في إطار a - b - c الثابت لتوزيع هذه المكونات بين المحولات المختلفة في MG. يتم حساب أحجام المعاوقات الافتراضية بشكل تكيفي باستخدام مخطط تحكم موزع جديد قائم على الإجماع بهدف مشاركة الاختلالات والتوافقيات وفقًا لسعة VA المتبقية لكل محول مع تنظيم الاختلال والتشويه في مخرجاتها لتلبية معايير جودة الطاقة المناسبة لـ IEEE. تُظهر عمليات المحاكاة المكثفة أن التحكم الموزع المقترح يتمتع بأداء ممتاز، ويتم توفير التحقق التجريبي باستخدام MG رباعي الأسلاك على نطاق المختبر.

Cet article propose un contrôleur secondaire prédictif distribué pour aborder ensemble la régulation de la fréquence et de la tension, réaliser la répartition économique et le partage de la puissance réactive des unités de production dans des micro-réseaux CA isolés. Contrairement à la plupart des approches, le contrôleur prédictif proposé atteint des objectifs consensuels (répartition économique de la production et partage de la puissance réactive) avec des contraintes souples (maintenir à la fois la fréquence et la tension moyenne dans des bandes prédéfinies au lieu de les restaurer à leurs valeurs nominales). Un travail de simulation approfondi valide l'efficacité du contrôleur prédictif pour les problèmes de communication et en présence de scénarios plug-and-play. Este documento propone un controlador secundario predictivo distribuido para abordar juntos la regulación de frecuencia y voltaje, realizar el despacho económico y el reparto de potencia reactiva de las unidades de generación en microrredes de CA aisladas. Contrariamente a la mayoría de los enfoques, el controlador predictivo propuesto logra objetivos de consenso (despacho económico de generación y reparto de potencia reactiva) con restricciones suaves (mantener tanto la frecuencia como el voltaje promedio dentro de bandas predefinidas en lugar de restaurarlas a sus valores nominales). El trabajo de simulación exhaustivo valida la efectividad del controlador predictivo para problemas de comunicación y en presencia de escenarios plug-and-play. This paper proposes a distributed predictive secondary controller to tackle together frequency and voltage regulation, realize the economic dispatch and reactive power sharing of generation units in isolated AC microgrids.Contrary to most approaches, the proposed predictive controller achieves consensus objectives (economic dispatch of generation and reactive power sharing) with soft constraints (keep both frequency and average voltage within predefined bands instead of restoring them to their nominal values).Extensive simulation work validates the effectiveness of the predictive controller for communication problems and in the presence of plug-and-play scenarios. تقترح هذه الورقة وحدة تحكم ثانوية تنبؤية موزعة لمعالجة تنظيم التردد والجهد معًا، وتحقيق الإرسال الاقتصادي ومشاركة الطاقة التفاعلية لوحدات التوليد في شبكات التيار المتردد المعزولة. على عكس معظم الأساليب، تحقق وحدة التحكم التنبؤية المقترحة أهداف الإجماع (الإرسال الاقتصادي للتوليد ومشاركة الطاقة التفاعلية) مع القيود الناعمة (الحفاظ على كل من التردد ومتوسط الجهد ضمن نطاقات محددة مسبقًا بدلاً من استعادتها إلى قيمها الاسمية). تعمل المحاكاة المكثفة على التحقق من فعالية وحدة التحكم التنبؤية لمشاكل الاتصال وفي وجود سيناريوهات التوصيل والتشغيل.