Autonomous control for interconnected DC microgrids

Abstract

The energy industry is experiencing a radical change, as customers are demanding for a more reliable service at the lowest possible cost. Distributed Energy Resources and Microgrids are one of the alternatives being used to achieve such goal. Commonly, DC Microgrids are controlled with high bandwidth communications, but an autonomous strategy can serve as its contingency plan. Frequently, these DC Microgrids are controlled using the droop control method, seeking low voltage regulation and proportional load sharing. Its control becomes more complex when having interconnected DC Microgrids as multiple energy resources are coordinated as well as the power exchange among the participating assets. In this thesis, simulation, mathematical, and experimental models were developed to examine an autonomous control strategy between two interconnected DC Microgrids, based on matching the interconnecting and internal bus voltages. The system under study is examined on three scenarios: standalone operation of each DC Microgrid, excess generation, and generation deficit in one DC Microgrid. Results were obtained and compared using the Sandia National Laboratories Secure Scalable Microgrid Simulink library, MATLAB models, and the Power Hardware-in-the-Loop experimental configuration developed at the UPRM Sustainability Energy Center Laboratory.

El sector de la industria energética está experimentando un cambio significativo, dado la alta demanda por un servicio más confiable y a menor costo. Recursos de Energía Distribuida y Microrredes son una de las alternativas que se están utilizando para alcanzar dicho objetivo. Comúnmente, microrredes DC son controladas con comunicación de gran ancho de banda, pero una estrategia autónoma pudiera servir como contingencia. Por otro lado, el método de control más común para estas microrredes es el “droop control”, el cual persigue tener buena regulación de voltaje y una repartición de carga proporcional. Su control se vuelve más complejo cuando se tienen microrredes interconectadas, dado que múltiples recursos de energía y las transferencias de potencias deben ser coordinadas. En esta tesis se desarrollaron modelos matemáticos, de simulación y experimentales para examinar una estrategia de control autónoma entre las microrredes DC interconectadas, basado en el principio de igualar los voltajes de barras. El sistema de estudio se examinó en tres escenarios principales: operación independiente de las microrredes DC, exceso de generación, y déficit de generación. Los resultados fueron obtenidos y comparados utilizando la librería en Simulink llamada “Sandia National Laboratories Secure Scalable Microgrid”; modelos en MATLAB; y la configuración experimental “Power Hardware-in-the-Loop” desarrollado en el laboratorio “UPRM Sustainability Energy Center Laboratory”.