Adaptive Droop control for voltage and frequency regulation in isolated microgrids
DOI:
https://doi.org/10.18265/1517-0306a2020v1n53p150-165Palavras-chave:
Droop control, Optimum tuning, Parametric identification, Stable operationResumo
This paper proposes an adaptive droop control strategy for simultaneous regulation of voltage and frequency in isolated microgrids to meet the relevant legislation (NBR 5410 and IEEE 1547). The technique is based on the traditional structure of the Droop control (P-f) and (Q-V), aided by recursive least squares methods to estimate the line parameters. The control law is adaptive because the controller gains are self-adjusting to the operating conditions imposed by the loads and the legal restrictions for fluctuations in voltage and frequency in the microgrid. The controller was validated in different microgrids (1-bus, 3-bus, and IEEE 14-bus) and different types of loads. The simulation results show the effectiveness of the controller: rapid response in the accommodation of variations in loads; active power-sharing between the inverters and; stable and safe operation of the microgrid.
Downloads
Referências
AGUIRRE, L. A. Introdução à identificação de sistemas: técnicas lineares e não-lineares aplicadas a sistemas reais. 2. ed. Belo Horizonte (Brasil): Ed. UFMG, 2004. In Portuguese.
ANWAR, M.; MAREI, M. I.; EL-SATTAR, A. A. Generalized droop-based control for an islanded microgrid. In: 2017 12th INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMPUTER ENGINEERING AND SYSTEMS (ICCES), 2017, Cairo (Egypt). Proceedings… 2017.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 5410: 2004 versão corrigida 2008. Rio de Janeiro (Brasil): ABNT, 2004. In Portuguese.
BALAGUER, I. J. et al. Control for grid-connected and intentional islanding operations of distributed power generation. IEEE Transactions on Industrial Electronics, v. 58, n. 1, p. 147-157, 2011.
BEVRANI, H.; SHOKOOHI, S. An intelligent droop control for simultaneous voltage and frequency regulation in islanded microgrids, IEEE Transactions on Smart Grid, v. 4, n. 3, p. 1505-1513, 2013.
FU, Q. et al. Microgrid generation capacity design with renewables and energy storage addressing power quality and surety. IEEE Transactions on Smart Grid, v. 3, n. 4, p. 2019-2027, 2012.
GARRIDO, S.; MORENO, L. Learning adaptive parameters with restricted genetic optimization method. In: MIRA J.; PRIETO, A. (eds) Connectionist Models of Neurons, Learning Processes, and Artificial Intelligence. IWANN 2001. Lecture Notes in Computer Science, v. 2084. Berlin (Germany): Springer, 2001.
GUERRERO, J. M. et al. Decentralized control for parallel operation of distributed generation inverters using resistive output impedance. IEEE Transactions on Industrial Electronics, v. 54, n. 2, p. 994-1004, 2007.
GUERRERO J. M. et al. Hierarchical control of droop-controlled AC and DC micro grids: a general approach toward standardization. IEEE Transactions on Industrial Electronics, v. 58, n. 1, p. 158-172, 2011.
HAGHSHENAS, M.; EBADIN, M.; SHARIATINASAB, R. Autonomous control of inverter-interfaced distributed generation units for power quality enhancement in islanded microgrids. International Journal of Mechatronics, Electrical and Computer Technology (IJMEC), v. 4, n. 10, p. 1247-1271, 2014.
INSTITUTE OF ELECTRIC AND ELECTRONICS ENGINEERS. IEEE 519-2014: Recommend Practice and Requirements for Harmonics Control in Electric Power Systems, IEEE, 2014.
INSTITUTE OF ELECTRIC AND ELECTRONICS ENGINEERS. IEEE. IEEE 1547-2003: IEEE standard for interconnecting distributed resources with electric power systems, IEEE, 2003.
KUKANDEH, Y. R.; KAZEMI, M. H. Microgrid control in islanding and connected mode. In: IRANIAN CONFERENCE ON ELECTRICAL ENGINEERING (ICEE), 2018, Mashhad (Iran). Proceedings... 2018.
LJUNG L. System identification: theory for the use. 2. Ed. New Jersey (United States): Prentice-Hall, 1999.
LOPES, J. A. P; MADUREIRA, C. L.; MADUREIRA, A. G. Defining control strategies for microgrids islanded operation. IEEE Transactions on Power Systems, v. 21, n. 2, p. 916–924, 2006.
MAJUMDER, R. et al. Load sharing and power quality enhanced operation of a distributed microgrid. IET Renewable Power Generation, v. 3, n. 2, p. 109-119, 2009.
MARWALI, M. N.; KEYHANI, A. Control of distributed generation systems – Part I: voltages and currents control. IEEE Transactions on Power Electronics, v. 19, n. 6, p. 1541-1550, 2004.
MICALLEF, A. et al. Secondary control for reactive power sharing in droop-controlled islanded microgrids. In; 2012 IEEE INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON INDUSTRIAL. ELECTRONICS, 2012, Hangzhou (China). Proceedings… 2012. p. 1627–1633.
MOHAMED, Y. A. R. I.; EL-SAADANY, E. F. Adaptive decentralized droop controller to preserve power sharing stability of paralleled inverters in distributed generation micro grids. IEEE Transactions Power Electronics, v. 23, n. 6, p. 2806-2816, 2008.
PAPATHANASSIOU, S.; HATZIARGYRIOU, N.; STRUNZ, K. A benchmark low voltage microgrid network. In: CIGRE SYMPOSIUM “POWER SYSTEMS WITH DISPERSED GENERATION; TECHNOLOGIES, IMPACTS ON DEVELOPMENT, OPERATION AND PERFORMANCES, 2005, Athens (Greece). Proceedings... 2005.
RAMOS, A. C. Identificação de sistemas dinâmicos aplicada: desenvolvimento de software baseado em mínimos quadrados. 2015. 75 f. Dissertação (Mestrado Profissional). Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém (Brasil), 2015. In Portuguese.
SAVAGHEBI, M. et al. Autonomous voltage unbalance compensation in an islanded droop-controlled microgrid. IEEE Transactions on Industrial Electronics, v. 60, n. 4, p. 1390-1402, 2013.
ZHENGBO, M.; LINCHUAN, L.; TUO, D. (2011). Application of a combined system to enhance power quality in an island microgrid. In: 2011 IEEE POWER ENGINEERING AND AUTOMATION CONFERENCE, Wuhan (China), 2011. Proceedings… 2011. p. 326-330.
ZHONG, Q.-C. Robust droop controller for accurate proportional load sharing among inverters operated in parallel. IEEE Transactions Industrial Electronics, v. 60, n. 4, p. 1281-1290, 2011.
Downloads
Publicado
Edição
Seção
Licença
• O(s) autor(es) autoriza(m) a publicação do artigo na revista;
• O(s) autor(es) garante(m) que a contribuição é original e inédita e que não está em processo de avaliação em outra(s) revista(s), nem esteja publicado em anais de congressos e/ou portais institucionais;
• A revista não se responsabiliza pelas opiniões, ideias e conceitos emitidos nos textos, por serem de inteira responsabilidade de seu(s) autor(es). Opiniões e perspectivas expressas no texto, assim como a precisão e a procedência das citações, são de responsabilidade exclusiva do(s) autor(es), e contribuem para a promoção dos:
- Princípios FAIR (Findable, Accessible, Interoperable, and Reusable – localizável, acessível, interoperável e reutilizável);
- Princípios DEIA (diversidade, equidade, inclusão e acessibilidade).
• É reservado aos editores o direito de proceder ajustes textuais e de adequação do artigos às normas da publicação.
Responsabilidades dos autores e transferência de direitos autorais
Os autores devem declarar a originalidade do estudo, bem como o fato de que este não foi publicado anteriormente ou está sendo considerado para publicação em outro meio, como periódicos, anais de eventos ou livros. Ao autorizarem a publicação do artigo na Revista Principia, os autores devem também responsabilizar-se pelo conteúdo do manuscrito, cujos direitos autorais, em caso de aprovação, passarão a ser propriedade exclusiva da revista. A Declaração de Responsabilidades dos Autores e Transferência de Direitos Autorais deverá ser assinada por todos os autores e anexada ao sistema como documento suplementar durante o processo de submissão. Clique no link abaixo para fazer o download do modelo.
Esta revista, seguindo as recomendações do movimento de Acesso Aberto, proporciona seu conteúdo em Full Open Access. Assim os autores conservam todos seus direitos permitindo que a Revista Principia possa publicar seus artigos e disponibilizar pra toda a comunidade.
A Revista Principia adota a licença Creative Commons 4.0 do tipo atribuição (CC-BY). Esta licença permite que outros distribuam, remixem, adaptem e criem a partir do seu trabalho, inclusive para fins comerciais, desde que lhe atribuam o devido crédito pela criação original.
Os autores estão autorizados a enviar a versão do artigo publicado nesta revista em repositório institucionais, com reconhecimento de autoria e publicação inicial na Revista Principia.