Contribution to the power-sharing control strategies for microgrids

Abstract

This research proposed the development of a novel mathematical approach that integrates the impact of complex impedance lines on power-sharing control strategies for microgrids. The proposed mathematical approach is based on a rotated reference frame that mitigates power coupling. The use of the reference frame allows the integration of complex line impedance into existing power-sharing strategies. A rotated droop control was proposed which, due to the use of the new reference frame, can now be based on the premise that impedance is highly inductive in a microgrid, as in classical power-sharing theory. The analysis of this model showed that it improves the power stability of the microgrid, with less deviations in the operating point of the powers, quickly recovering the desired values through the integrated rotated droop control. In addition to this, a model of a rotated virtual synchronous generator integrating the complex line impedance to the power-sharing control using the new rotated reference frame was proposed. The analysis of this proposed mathematical approach in Microgrids, compared to classical power-sharing strategies, verified that it improves transient response, power quality, stability, and performance. The two proposed controllers were experimentally implemented in physical on grid-connected mode. The controllers are developed for runs into the dSPACE Scalexio Platform, the experiments were designed and implemented on the Microgrid Lab testbed. The experimental results showed that the behavior of the proposed controller models and the experimental results coincide. Consequently, the effectiveness of the two controllers is evidenced by the improved transient response and higher decoupling in power-sharing.

Esta investigacion propuso el desarrollo de un enfoque matemático novedoso que integra el impacto de la impedancia compleja en las estrategias de control de compartimiento de energía para microrredes. El enfoque matemático propuesto se basa en crear un marco de referencia rotado que mitiga el acople de las potencias. El uso del marco de referencia permite integrar la impedancia de línea compleja a las estrategias de compartimiento de energía existentes. Se propuso un rotated droop control que debido al uso del nuevo marco de referencia, ahora puede basarse en la premisa de que la impedancia es altamente inductiva en una microrred, como en la teoria del compartimiento de potencia clasica. El análisis de este modelo demostró que mejora la estabilidad de potencia de la microrred, con menos desviaciones en el punto de operación de las potencias, recuperarando rapidamente los valores deseados mediante el rotated droop control integrado. Además de esto, se propuso un modelo de un generador síncrono virtual rotado que integraba la impedancia de linea compleja al control de compartimiento de potencia usando el nuevo marco de referencia rotado. El análisis de este enfoque matemático propuesto en Microgrids, en comparación con las estrategias clásicas de compartimiento de energía, verificando que mejora la respuesta transitoria, la calidad de la energía, la estabilidad y el rendimiento. Los dos controladores propuestos se implementaron experimentalmente en físico en modo conectado a la red. Los controladores se desarrollaron para su ejecución en la plataforma dSPACE Scalexio, los experimentos se diseñaron e implementaron en el banco de pruebas del Microgrid Lab. Los resultados experimentales mostraron que el comportamiento de los modelos de controlador propuestos y los resultados experimentales coinciden. En consecuencia, la eficacia de los dos controladores se pone de manifiesto en la mejora de la respuesta transitoria y el mayor desacople en el compartimiento de potencia.