Published November 1, 2021 | Version v1
Publication Open

Dynamic Transitional Droops for Seamless Line-Switching in Islanded Microgrids

Creators

  • 1. Khalifa University of Science and Technology
  • 2. Benha University
  • 3. York University
  • 4. King Fahd University of Petroleum and Minerals
  • 5. Cairo University

Description

Line-switching operations introduce several concerns to microgrid operators since they trigger reliability and power quality issues in addition to increasing the wear and tear cost of switching devices. This paper proposes a novel methodology for achieving seamless line-switching in low-inertia islanded microgrids. The proposed methodology aims at mitigating the detrimental line-switching impacts by minimizing the power flow in the switched lines at the moments of executing the switching operations. The minimization of the power flow is realized by optimizing the droop control parameters of the DGs during the transition from one network topology to another. Besides, during executing a series of line-switching operations, the sequence of switching is also optimized to minimize the total switched power. While optimizing the line-switching execution sequence, the transitional droops are optimized for each line-switching operation within that sequence. A dynamic mixed-integer nonlinear programming problem is formulated to find both the optimized dynamic transitional droops and line-switching sequence simultaneously. Simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed seamless line-switching methodology where the switched power can be reduced by more than 80% for a single line-switching operation and 54% considering a series of four switch exchanges in addition to achieving several instances of zero-current switching. As a result, a significant decrease in the peak of voltage transients has been recorded for some cases.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تقدم عمليات تبديل الخطوط العديد من المخاوف لمشغلي الشبكات الدقيقة لأنها تؤدي إلى مشاكل في الموثوقية وجودة الطاقة بالإضافة إلى زيادة تكلفة البلى لأجهزة التبديل. تقترح هذه الورقة منهجية جديدة لتحقيق التبديل السلس للخطوط في الشبكات الصغيرة ذات القصور الذاتي المنخفض. تهدف المنهجية المقترحة إلى التخفيف من آثار تبديل الخطوط الضارة من خلال تقليل تدفق الطاقة في الخطوط المحولة في لحظات تنفيذ عمليات التبديل. يتم تحقيق التقليل من تدفق الطاقة من خلال تحسين معلمات التحكم المتدلية لمولدات الديزل أثناء الانتقال من طوبولوجيا شبكة إلى أخرى. إلى جانب ذلك، أثناء تنفيذ سلسلة من عمليات تبديل الخطوط، يتم أيضًا تحسين تسلسل التبديل لتقليل إجمالي طاقة التبديل. أثناء تحسين تسلسل تنفيذ تبديل الخط، يتم تحسين التدلي الانتقالي لكل عملية تبديل خط ضمن هذا التسلسل. تتم صياغة مشكلة برمجة غير خطية ديناميكية مختلطة الأعداد لإيجاد كل من التدرجات الانتقالية الديناميكية المحسنة وتسلسل تبديل الخط في وقت واحد. تُظهر نتائج المحاكاة فعالية منهجية تبديل الخط السلس المقترحة حيث يمكن تقليل الطاقة المحولة بأكثر من 80 ٪ لعملية تبديل خط واحد و 54 ٪ مع الأخذ في الاعتبار سلسلة من أربعة تبادلات التبديل بالإضافة إلى تحقيق العديد من حالات التبديل بدون تيار. ونتيجة لذلك، تم تسجيل انخفاض كبير في ذروة عابرة الجهد في بعض الحالات.

Translated Description (French)

Les opérations de commutation de ligne posent plusieurs problèmes aux opérateurs de micro-réseaux, car elles entraînent des problèmes de fiabilité et de qualité de l'alimentation, en plus d'augmenter le coût d'usure des dispositifs de commutation. Cet article propose une nouvelle méthodologie pour réaliser une commutation de ligne transparente dans les micro-réseaux insulaires à faible inertie. La méthodologie proposée vise à atténuer les impacts néfastes de la commutation de ligne en minimisant le flux d'énergie dans les lignes commutées au moment de l'exécution des opérations de commutation. La minimisation du flux d'énergie est réalisée en optimisant les paramètres de contrôle d'affaissement des DG pendant la transition d'une topologie de réseau à une autre. En outre, lors de l'exécution d'une série d'opérations de commutation de ligne, la séquence de commutation est également optimisée pour minimiser la puissance totale commutée. Tout en optimisant la séquence d'exécution de commutation de ligne, les baisses transitoires sont optimisées pour chaque opération de commutation de ligne au sein de cette séquence. Un problème de programmation non linéaire dynamique à nombres entiers mixtes est formulé pour trouver simultanément les baisses transitoires dynamiques optimisées et la séquence de commutation de ligne. Les résultats de la simulation démontrent l'efficacité de la méthodologie de commutation de ligne sans coupure proposée où la puissance commutée peut être réduite de plus de 80 % pour une opération de commutation de ligne unique et de 54 % en considérant une série de quatre échanges de commutateurs en plus de réaliser plusieurs instances de commutation à courant nul. En conséquence, une diminution significative du pic de transitoires de tension a été enregistrée dans certains cas.

Translated Description (Spanish)

Las operaciones de conmutación de línea plantean varias preocupaciones a los operadores de microrredes, ya que provocan problemas de fiabilidad y calidad de la energía, además de aumentar el coste de desgaste de los dispositivos de conmutación. Este documento propone una metodología novedosa para lograr un cambio de línea sin fisuras en microrredes insulares de baja inercia. La metodología propuesta tiene como objetivo mitigar los impactos perjudiciales del cambio de línea al minimizar el flujo de energía en las líneas conmutadas en los momentos de ejecución de las operaciones de conmutación. La minimización del flujo de potencia se realiza optimizando los parámetros de control de caída de los DGS durante la transición de una topología de red a otra. Además, durante la ejecución de una serie de operaciones de conmutación de línea, la secuencia de conmutación también se optimiza para minimizar la potencia total conmutada. Mientras se optimiza la secuencia de ejecución de conmutación de línea, las caídas de transición se optimizan para cada operación de conmutación de línea dentro de esa secuencia. Se formula un problema de programación no lineal dinámico de enteros mixtos para encontrar simultáneamente las caídas de transición dinámicas optimizadas y la secuencia de conmutación de líneas. Los resultados de la simulación demuestran la efectividad de la metodología de conmutación de línea sin interrupciones propuesta, donde la potencia conmutada se puede reducir en más del 80% para una sola operación de conmutación de línea y el 54% considerando una serie de cuatro intercambios de interruptores, además de lograr varios casos de conmutación de corriente cero. Como resultado, se ha registrado una disminución significativa en el pico de transitorios de tensión en algunos casos.

Files

09392334.pdf.pdf

Files (245 Bytes)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:cd6d5253bc9478340a79056b0024de4e
245 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
قطرات انتقالية ديناميكية للتبديل السلس للخطوط في الشبكات الميكروية الجزيرية
Translated title (French)
Bascules de transition dynamiques pour une commutation de ligne sans couture dans les microréseaux insulaires
Translated title (Spanish)
Caídas de transición dinámicas para un cambio de línea sin costuras en microrredes aisladas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3144205448
DOI
10.1109/tpwrs.2021.3069852

Is supplement to
https://openalex.org/W4210780382 (Other)
https://openalex.org/W4210526872 (Other)
https://openalex.org/W3132792237 (Other)
https://openalex.org/W3132497606 (Other)
https://openalex.org/W2996701762 (Other)
https://openalex.org/W2902030441 (Other)
https://openalex.org/W2895708895 (Other)
https://openalex.org/W2523432015 (Other)
https://openalex.org/W2349700491 (Other)
https://openalex.org/W2168694011 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1502540576
  • https://openalex.org/W1504052325
  • https://openalex.org/W1978356399
  • https://openalex.org/W2001965107
  • https://openalex.org/W2009704558
  • https://openalex.org/W2012046751
  • https://openalex.org/W2013456223
  • https://openalex.org/W2024777287
  • https://openalex.org/W2046476508
  • https://openalex.org/W2075937439
  • https://openalex.org/W2076908765
  • https://openalex.org/W2079635528
  • https://openalex.org/W2092368362
  • https://openalex.org/W2103565957
  • https://openalex.org/W2124332712
  • https://openalex.org/W2137233927
  • https://openalex.org/W2146924502
  • https://openalex.org/W2166969402
  • https://openalex.org/W2168753575
  • https://openalex.org/W2213135968
  • https://openalex.org/W2335612433
  • https://openalex.org/W2340306861
  • https://openalex.org/W2428974619
  • https://openalex.org/W2477654779
  • https://openalex.org/W2766539547
  • https://openalex.org/W2791826622
  • https://openalex.org/W2898565072
  • https://openalex.org/W2919015369
  • https://openalex.org/W2986916843
  • https://openalex.org/W3006955019
  • https://openalex.org/W3008354261
  • https://openalex.org/W3022614679
  • https://openalex.org/W3038361899
  • https://openalex.org/W3070953475
  • https://openalex.org/W3102098736
  • https://openalex.org/W3113182530
  • https://openalex.org/W3128550767
  • https://openalex.org/W4206406836
  • https://openalex.org/W4234301335
  • https://openalex.org/W4241079583