25379

كنترل غيرمتمركز ريزشبكه تركيبي AC/DC با رويكرد كارايي مقاوم

دكتري

مهندسي برق-كنترل

1399-1400

1400/06/13

دكتر محمد رضا جاهد مطلق

دكتر قباد شفيعي

مهندسي برق

هدف از اين رساله ارائه¬ي يك راه¬حل كنترلي غيرمتمركز با رويكرد كارايي مقاوم براي ريزشبكه¬هاي تركيبي AC/DC با آرايش دلخواه در حالت عملكرد جزيره¬اي (خودگردان) مي¬باشد. ريزشبكه¬ها بر اساس نوع ولتاژ در نقطه¬ي اتصال مشترك (PCC) به شبكه¬ي اصلي به دو دسته¬ي AC و DC تقسيم مي¬شوند. جهت بهره¬برداري از مزيت¬هاي هر دو نوع ريزشبكه¬ي AC و DC، مفهوم ريزشبكه¬ي تركيبي در سال¬هاي اخير مورد توجه قرار گرفته¬است. در يك ريزشبكه¬ي تركيبي، يك ريزشبكه¬ي DC و يك ريزشبكه¬ي AC توسط تعدادي مبدل واسط دوجهته AC/DC به يكديگر متصل مي¬شوند. در حالت عملكرد جزيره¬اي ريزشبكه¬ها مقادير ولتاژها در نقاط اتصال مشترك و فركانس سيستم بر اساس ميزان تقاضا و عرضه¬ي توان¬هاي اكتيو و راكتيو مشخص مي¬شوند؛ بنابراين ارائه¬ي راهكارهاي كنترلي مناسب كه پس از جزيره-شدن، تنظيم ولتاژ و فركانس را عهده¬دار شوند، گامي مهم در راستاي حفظ پايداري و بهره¬وري مؤثرتر از ريزشبكه¬ها¬ مي¬باشد. در يك ريزشبكه¬ي تركيبي خودگردان، علاوه بر پايدارسازي، تنظيم فركانس و كنترل ولتاژ در نقاط اتصال مشترك در هر دو بخش DC و AC، تقسيم توان متناسب بين ريزشبكه¬ها (كنترل جريان مبدل¬هاي واسط) نيز حائز اهميت مي¬باشد. در اين پايان¬نامه، رويكرد اصلي ارائه¬ي يك راهكار كنترلي كارآمد است كه علاوه بر تضمين پايداري و كارايي مطلوب سيستم حلقه¬بسته¬ي ريزشبكه¬ي جزيره¬اي، پايداري و كارايي آن را در برابر برخي منابع مهم عدم¬قطعيت ازجمله تغييرات بارهاي محلي، نامعيني¬هاي پارامتري، ورود و خروج واحدهاي توليد پراكنده به سيستم (PnP) و تغييرات توپولوژي ريزشبكه حفظ نمايد. استراتژي¬هاي پيشنهادي بر مبناي فيدبك خروجي و مبتني بر كنترل غيرمتمركز واحدهاي توليد پراكنده (DG) و مبدل¬هاي واسط (IC) بوده كه منجر به ساختار ساده¬تر، سنسورهاي اندازه¬گيري كمتر، پهناي باند مخابراتي كمتر، قابليت اطمينان بيشتر و هزينه¬ي اقتصادي پايين¬تر مي¬گردد؛ ليكن ممكن است فرآيند طراحي پيچيده¬تر و داراي محاسبات بيشتري را به دنبال داشته باشد. ريزشبكه¬هاي مورد بررسي در اين رساله شامل چندين واحد DG (و IC) و با آرايش كاملاً دلخواه در نظر گرفته شده¬اند. در اين راستا، ابتدا الگوريتم¬هاي كنترلي غيرمتمركزي با هدف پايداري و كارايي مطلوب مقاوم، جهت حل مشكلات روش¬هاي كنترلي موجود براي ريزشبكه¬هاي AC و DC ارائه شده و سپس روش كنترلي فوق به ريزشبكه¬¬ي تركيبي تعميم داده مي¬شود. طراحي كنترل¬كننده¬ها با ارائه¬ي مدل فضاي حالت خطي تغييرناپذير با زمان (LTI) براي سيستم ريزشبكه¬ي خودگردان انجام شده و منابع عدم¬قطعيت مورد بررسي به صورت يك نامعيني چندوجهي مدل¬سازي مي-شوند. رويكرد اين پژوهش در طراحي كنترل¬كننده¬ها، تبديل مسئله¬ي طراحي با اهداف مورد نظر به يك مسئله¬ي بهينه¬سازي محدب در قالب برقراري تعداد محدودي نابرابري خطي ماتريسي (LMI) در رئوس چندوجهي است كه با ابزارهاي مناسب قابل حل باشند. اثربخشي استراتژي¬هاي پيشنهادي در ريزشبكه¬هاي AC، DC و تركيبي توسط سناريوهاي مختلفي در محيط سيمولينك نرم¬افزار متلب و با در نظر گرفتن ملاحظات زمان واقعي ارزيابي شده¬است. نتايج حاصل‌شده پايداري مقاوم و عملكرد مطلوب مقاوم ريزشبكه¬ها را در حضور عدم¬قطعيت¬هاي مختلف تصديق مي¬نمايد.

1400/07/26

Decentralized Control of Hybrid AC/DC Microgrid with Robust Performance Approach

1/1/1900 12:00:00 AM

The aim of this dissertation is to provide an effective decentralized control solution with robust performance approach for hybrid AC/DC microgrids with general topology in islanded (autonomous) operation mode. In a hybrid microgrid system, a DC microgrid and an AC microgrid are interconnected through several bidirectional interlink converters (IC). In autonomous mode, the system frequency and the voltages of points of common coupling (PCC) are determined based on the demand and supply of both active and reactive powers. In this mode of operation, the microgrid requires an efficient control system to regulate system frequency and PCC voltages. In an islanded hybrid microgrid, interlink converter units provide an adequate power exchange to keep the power supply-demand balance of both DC and AC sub-grids. Hence, in addition to the voltage and frequency regulation of both DC and AC sub-grids, the design of an appropriate current controller for IC units is essential. In this thesis, the main approach is to provide an efficient control system that provides asymptotic stability and desired performance for islanded microgrid systems as well as robust stability and performance against several sources of uncertainty, such as loads variations, plug-and-play functionality of DGs and ICs, parametric uncertainties, and topology changes. The proposed control strategy is fully decentralized and is in the form of an output-feedback controller. In this regard, first decentralized control algorithms with robust performance approach are presented to resolve some of the deficiencies associated with the existing control methods for AC and DC microgrids, and then the proposed control mechanism is generalized to hybrid systems. The controller design is performed by presenting a linear time-invariant (LTI) state-space model for the microgrid system and the investigated uncertainty sources are modeled as a polytopic-type uncertainty within the proposed state-space framework. The control design problem is converted into a multi-objective convex linear matrix inequalities (LMI)-based optimization problem which must be satisfied at the vertices of the proposed polytope. The effectiveness of the presented polytopic models and control techniques to provide robust stability and robust desirable transient and steady-state performance for the AC, DC, and hybrid microgrids are demonstrated by several scenarios accomplished in MATLAB/Simulink software.

ريزشبكه جزيره اي , پايداري مقاوم , كارايي مطلوب مقاوم , كنترل غيرمتمركز , عدم قطعيت چندوجهي , نابرابري خطي ماتريسي

Decentralized Control , Islanded Microgrid , Linear Matrix Inequality (LMI) , Polytopic-type Uncertainty , Robust Desired Performance , Robust Stability