Abstract
Rectifiers and voltage regulators acting as constant power loads form an important part of a microgrid’s total load. In simplified form, they present a negative incremental resistance and beyond that, they have control loop dynamics in a similar frequency range to the inverters that may supply a microgrid. Either of these features may lead to a degradation of small-signal damping. It is known that droop control constants need to be chosen with regard to damping, even with simple impedance loads. Actively controlled rectifiers have been modeled in nonlinear state-space form, linearized around an operating point, and joined to network and inverter models. Participation analysis of the eigenvalues of the combined system identified that the low-frequency modes are associated with the voltage controller of the active rectifier and the droop-controllers of the inverters. The analysis also reveals that when the active load DC-voltage controller is designed with large gains, the voltage controller of the inverter becomes unstable. This dependency has been verified by observing the response of an experimental microgrid to step changes in power demand. Achieving a well-damped response with a conservative stability margin does not compromise normal active rectifier design, but notice should be taken of the inverter-rectifier interaction identified
چکیده
یکسو کننده ها و رگولاتورهای ولتاژی که به عنوان بارهای توان ثابت عمل می کنند، بخش مهمی از بار کل میکروگرید را تشکیل می دهند. به بیان ساده، این تجهیزات دارای مقاومت افزایشی منفی بوده و علاوه بر آن، مشخصه های دینامیکی حلقه کنترلی آنها دارای بازه فرکانسی مشابه با اینورترهایی است که میکروگرید را تغذیه می کنند. هر یک از این ویژگی‌ها، می تواند به افت ضریب میراکنندگی سیگنال کوچک منجر شود. روشن است که ثابتهای کنترلی droop باید با توجه به قدرتمیراکنندگی انتخاب شوند (حتی در بارهای با امپدانس ساده). در مقاله حاضر، یکسوکننده های کنترل شده بصورت فعال، درفضای حالت غیرخطی مدلسازی شده، که در نزدیک ناحیه کاری بصورت خطی تقریب زده می شوند و به مدلهای شبکه و اینورتر اضافه می‌شود. تحلیل مشارکتی مقادیر ویژه‌ی سیستم ترکیبی، نشان می دهد که مدهای فرکانس پایین، با کنترل‌کننده ولتاژ یکسوکننده فعال، و کنترل‌کننده‌های دروپ اینورتر مرتبط است. تحلیل انجام شده همچنین نشان می دهد که وقتی کنترل‌کننده ولتاژ DC بار اکتیو، با ضرایب تقویت (گین) بزرگ طراحی می شود، کنترل‌کننده ولتاژ اینورتر ناپایدار می گردد. این وابستگی، با مشاهده پاسخ یک میکروگرید آزمایشی، به تغییرات پله ای توان گرفته شده از شبکه بررسی شده است. برای دستیابی به یک پاسخ میرا شده با محدوده پایداری مطمئن ، لازم نیست در طراحی یکسوکننده فعال مصالحه ای صورت گیرد، اما باید برهم‌کنش و تاثیرات متقابل اینورتر و یکسوکننده بر یکدیگر، در طراحی مد نظر قرارگیرد.
کلمات کلیدی: میکروگرید، پایداری سیگنال کوچک، اینورتر، بارهای توان ثابت، بارفعال، یکسوکننده
1 مقدمه
قابلیت تولید توزیع یافته (DG)در یک شبکه توزیع، امکان تشکیل شبکه های کوچک، یا همان میکروگرید (MG) را می دهد [1]. با شکل گیری میکروگرید، لازم است مولد DG– چه بعد از وقوع قطعی و چه در حین رسیدگی - نسبت به تغییرات در بار پاسخگو باشد، و طوری بار را تقسیم کند که DGها در محدوده تعیین شده خود کار کنند.
بنابراین میکروگرید در مواجهه با تغییرات و اختلالات کوچک در بار و یا شرایط کاری، باید پایداری سیگنال کوچک را تامین کند. در کل، مشخصه های دینامیکی بار و مشخصه های دینامیکی تولید، بر یکدیگر تاثیر متقابل خواهند داشت و پایداری شبکه را تحت تاثیر قرار می دهد [2]. بنابراین به هنگام بررسی پایداری میکروگرید، مشخصه های دینامیکی تولید و دینامیک بار هر دو باید مورد توجه قرار گیرد.
معمولا، توان الکتریکی در میکروگریدها توسط ماشینهای گردان یا توسط تجهیزات الکترونیکی توان تولید می گردد. ماشینهای گردان شامل ماشینهای سنکرون است و تجهزات الکترونیکی توان شامل اینورترهای ولتاژ یا جریان است. در این پژوهش، فقط تعاملات میکروگرید با اینورترهای ولتاژ مورد بررسی قرار گرفته است.
ادبیات مربوطه در زمینه روشهای کنترل تقسیم توانDG، استفاده از مسیر ارتباطی یا استفاده از روش کنترلیdroop را مورد بحث قرار می دهند.مسیر ارتباطی می تواند شامل یک مسیر master-slave باشد، که در ان خروجیهای DG با استفاده از یک سیگنال مخابره ای کنترل می شود [3]. اگر واحد فرماندهیDGکه ولتاژ شبکه را تنظیم می کند، عمل نکند یا ظرفیت کافی نداشته باشد، میکروگرید ممکن است محدوده ولتاژ و فرکانسی مطلوب را تامین نکند...