Abstract
The analysis of the small-signal stability of conventional power systems is well established, but for inverter based microgrids there is a need to establish how circuit and control features give rise to particular oscillatory modes and which of these have poor damping. This paper develops the modeling and analysis of autonomous operation of inverter-based microgrids. Each sub-module is modeled in state-space form and all are combined together on a common reference frame. The model captures the detail of the control loops of the inverter but not the switching action. Some inverter modes are found at relatively high frequency and so a full dynamic model of the network (rather than an algebraic impedance model) is used. The complete model is linearized around an operating point and the resulting system matrix is used to derive the eigenvalues. The eigenvalues (termed “modes”) indicate the frequency and damping of oscillatory components in the transient response. A sensitivity analysis is also presented which helps identifying the origin of each of the modes and identify possible feedback signals for design of controllers to improve the system stability. With experience it is possible to simplify the model (reduce the order) if particular modes are not of interest as is the case with synchronous machine models.پ Experimental results from a microgrid of three 10-kW inverters are used to verify the results obtained from the model
چکیده
تجزیه و تحلیل پایداری سیگنال کوچک سیستم های متداول قدرت بخوبی اثبات شده است، اما برای شبکه های میکروگرید مبتنی بر اینورتر است نیاز به ایجاد یک مدار و ویژگی های کنترلی است که منجر به حالت های نوسانی خاص و آنهایی که پاسخ میرایی ضعیفی دارند می باشد. در این مقاله مدل سازی و تجزیه و تحلیل عملکرد هوشمند شبکه های میکروگرید مبتنی بر اینورتر تعمیم داده شده است. هر یک از زیر ماژول به فرم فضای حالت مدل شده است و همگی با هم در یک چارچوب مرجع مشترک ترکیب شده اند. این مدل جزئیات حلقه های کنترلی اینورتر ارائه شده است اما عملیات سوئیچینگ بررسی نشده است. برخی از حالت های اینورترها در فرکانسهای نسبتا بالا عمل می کنند و بنابراین یک مدل دینامیکی کامل از شبکه (به جای مدل امپدانس جبری) استفاده شده است. مدل کامل در اطراف نقطه کار سیستم خطی سازی شده است و ماتریس سیستم برای بدست آوردن مقادیر ویژه استفاده می شود. مقادیر ویژه (مود های حالت) نشان دهنده فرکانس و مولفه های میرایی نوسانی در پاسخ گذرا هستند. تجزیه و تحلیل حساسیت نیز ارائه شده است که به شناسایی منشاء هر یک از مودهای حالت و شناسایی سیگنال بازخورد برای طراحی کنترل کننده به منظور بهبود پایداری سیستم کمک می کند. با استفاده از نتایج تجربی (کاهش مرتبه سیستم) در مدل ماشین سنکرون اگر مودهای غالب (خاص) در نظر گرفته شوند مدل اصلی ساده سازی خواهد شد. نتایج تجربی از یک میکروگرید 10 کیلو وات با سه اینورتر به منظور بررسی ارزیابی مدل استفاده تحقق یافته است.
1-معرفی
نوآوری های اخیر در شبکه های توزیع مقیاس کوچک به همراه پیشرفت های تکنولوژیکی در سیستم های الکترونیکی قدرتی منجر به ایجاد مفاهیم جدید فن آوری های شبکه آینده مانند میکروگرید شده است. این نواحی هوشمند کوچک سیستم های قدرت می تواند منجر به افزایش قابلیت اطمینان و کارایی سیستم شود و می تواند به ادغام انرژی های تجدید پذیر و دیگر اشکال تولید پراکنده(DG) کمک کند[1] . بسیاری از منابع تولید پراکنده مانند پیل سوختی، سیستم ولتائیک و میکرو توربین ها از طریق مبدل های الکترونیک به شبکه قدرت ارتباط دارند[2]-[5] . این دستگاه های رابط، منابع تولید توان را در مقایسه با ماشین های متداول الکتریکی بسیار انعطاف پذیرتر و کنترل پذیرتر می کنند. با این حال، به دلیل اینرسی فیزیکی ناچیز، به طور بالقوه نوساناتی ناشی از اختلالات شبکه وجود خواهد داشت...