Published January 1, 2020
| Version v1
Publication
Open
An Improved Finite Control Set-MPC-Based Power Sharing Control Strategy for Islanded AC Microgrids
- 1. Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology
- 2. ShanghaiTech University
- 3. University of Chinese Academy of Sciences
- 4. Aswan University
Description
Hierarchical linear control scheme is widely used in ac microgrids. However, its transient response is slow and parameter tuning is time-consuming. Finite Control Set-Model Predictive Control (FCS-MPC) strategy has desired dynamic performance. Nevertheless, it requires an additional sensor to measure the inductor current. This article aims to mitigate these problems by introducing an improved FCS-MPC strategy for paralleled Voltage Source Inverters (VSIs). A capacitor current estimator is employed to reduce the extra current sensor in each VSI. The proposed control scheme consists of two loops: voltage reference generation loop and voltage tracking loop. The voltage reference generation loop achieves accurate load power sharing using virtual impedance-based droop control. Thus, communication is unnecessary among parallel VSIs. The voltage tracking loop utilizes a modified FCS-MPC block with capacitor current estimator to regulate the VSI output voltage. In order to verify the concept of the proposed control strategy, an ac microgrid consisting of two paralleled VSIs is implemented in dSPACE DS1202 hardware-in-the-loop platform. Then a single VSI hardware prototype is implemented and tested experimentally. The proposed method has the merits of good extensibility, low system cost and compact structure. Its steady-state performance is competitive with hierarchical linear control, while the transient response is significantly improved.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يستخدم نظام التحكم الخطي الهرمي على نطاق واسع في شبكات التيار المتردد الدقيقة. ومع ذلك، فإن استجابته العابرة بطيئة وضبط المعلمات يستغرق وقتًا طويلاً. مجموعة التحكم المحدودة - نموذج التحكم التنبؤي (FCS - MPC) لديها الأداء الديناميكي المطلوب. ومع ذلك، فإنه يتطلب مستشعرًا إضافيًا لقياس تيار الحث. تهدف هذه المقالة إلى التخفيف من هذه المشاكل من خلال تقديم استراتيجية FCS - MPC محسنة لمحولات مصدر الجهد المتوازية (VSIs). يتم استخدام مقدر تيار المكثف لتقليل مستشعر التيار الإضافي في كل VSI. يتكون مخطط التحكم المقترح من حلقتين: حلقة توليد مرجع الجهد وحلقة تتبع الجهد. تحقق حلقة توليد مرجع الجهد مشاركة دقيقة في طاقة الحمل باستخدام التحكم في التدلي القائم على المعاوقة الافتراضية. وبالتالي، فإن التواصل غير ضروري بين المؤشرات الافتراضية المتوازية. تستخدم حلقة تتبع الجهد كتلة FCS - MPC معدلة مع مقدر تيار المكثف لتنظيم جهد خرج VSI. من أجل التحقق من مفهوم استراتيجية التحكم المقترحة، يتم تنفيذ شبكة ميكرو AC تتكون من اثنين من VSIs المتوازية في منصة dSPACE DS1202 للأجهزة في الحلقة. ثم يتم تنفيذ نموذج أوّلي واحد لأجهزة VSI واختباره تجريبيًا. تتميز الطريقة المقترحة بمزايا التمدد الجيد وتكلفة النظام المنخفضة والهيكل المدمج. أداءها في الحالة المستقرة تنافسي مع التحكم الخطي الهرمي، في حين تم تحسين الاستجابة العابرة بشكل كبير.Translated Description (French)
Le schéma de contrôle linéaire hiérarchique est largement utilisé dans les micro-réseaux à courant alternatif. Cependant, sa réponse transitoire est lente et le réglage des paramètres prend du temps. La stratégie Finite Control Set-Model Predictive Control (FCS-MPC) a des performances dynamiques souhaitées. Néanmoins, il nécessite un capteur supplémentaire pour mesurer le courant de l'inducteur. Cet article vise à atténuer ces problèmes en introduisant une stratégie FCS-MPC améliorée pour les onduleurs de source de tension (VSI) en parallèle. Un estimateur de courant de condensateur est utilisé pour réduire le capteur de courant supplémentaire dans chaque VSI. Le schéma de commande proposé se compose de deux boucles : une boucle de génération de référence de tension et une boucle de suivi de tension. La boucle de génération de référence de tension réalise un partage de puissance de charge précis en utilisant un contrôle de chute basé sur l'impédance virtuelle. Ainsi, la communication n'est pas nécessaire entre les VSI parallèles. La boucle de suivi de tension utilise un bloc FCS-MPC modifié avec un estimateur de courant de condensateur pour réguler la tension de sortie VSI. Afin de vérifier le concept de la stratégie de contrôle proposée, un micro-réseau AC composé de deux VSI parallèles est mis en œuvre dans la plate-forme hardware-in-the-loop dSPACE DS1202. Ensuite, un seul prototype matériel VSI est mis en œuvre et testé expérimentalement. Le procédé proposé présente les avantages d'une bonne extensibilité, d'un faible coût du système et d'une structure compacte. Ses performances en régime permanent sont compétitives avec le contrôle linéaire hiérarchique, tandis que la réponse transitoire est considérablement améliorée.Translated Description (Spanish)
El esquema de control lineal jerárquico es ampliamente utilizado en microrredes ac. Sin embargo, su respuesta transitoria es lenta y el ajuste de parámetros requiere mucho tiempo. La estrategia de control predictivo de modelo de conjunto de control finito (FCS-MPC) tiene el rendimiento dinámico deseado. Sin embargo, requiere un sensor adicional para medir la corriente del inductor. Este artículo tiene como objetivo mitigar estos problemas mediante la introducción de una estrategia mejorada de FCS-MPC para inversores de fuente de voltaje (VSI) en paralelo. Se emplea un estimador de corriente del condensador para reducir el sensor de corriente adicional en cada VSI. El esquema de control propuesto consta de dos bucles: bucle de generación de referencia de tensión y bucle de seguimiento de tensión. El bucle de generación de referencia de voltaje logra una distribución precisa de la potencia de carga utilizando un control de caída virtual basado en la impedancia. Por lo tanto, la comunicación es innecesaria entre las VSI paralelas. El bucle de seguimiento de voltaje utiliza un bloque FCS-MPC modificado con estimador de corriente de condensador para regular el voltaje de salida VSI. Para verificar el concepto de la estrategia de control propuesta, se implementa una microrred de CA que consta de dos VSI en paralelo en la plataforma de hardware en bucle dSPACE DS1202. A continuación, se implementa un único prototipo de hardware VSI y se prueba experimentalmente. El método propuesto tiene las ventajas de una buena extensibilidad, un bajo coste del sistema y una estructura compacta. Su rendimiento en estado estacionario es competitivo con el control lineal jerárquico, mientras que la respuesta transitoria mejora significativamente.Files
09036944.pdf.pdf
Files
(245 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:a2d945cc6a81a7a8ab8f69cba8ee1a96
|
245 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- استراتيجية محسنة للتحكم المحدود في مجموعة التحكم القائمة على MPC لشبكات التيار المتردد الجزيرية
- Translated title (French)
- Un ensemble de contrôle fini amélioré - Stratégie de contrôle du partage de l'énergie basée sur MPC pour les micro-réseaux CA insulaires
- Translated title (Spanish)
- Una estrategia mejorada de control de compartición de energía basada en conjunto de control finito-MPC para microrredes de CA aisladas
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3012223405
- DOI
- 10.1109/access.2020.2980860
References
- https://openalex.org/W1502540576
- https://openalex.org/W1514459334
- https://openalex.org/W1982588147
- https://openalex.org/W1993958856
- https://openalex.org/W1995827237
- https://openalex.org/W2004686258
- https://openalex.org/W2014366918
- https://openalex.org/W2097050168
- https://openalex.org/W2100267011
- https://openalex.org/W2105806216
- https://openalex.org/W2121664216
- https://openalex.org/W2146924502
- https://openalex.org/W2148532820
- https://openalex.org/W2161768424
- https://openalex.org/W2168753575
- https://openalex.org/W2259199085
- https://openalex.org/W2294341363
- https://openalex.org/W2295099942
- https://openalex.org/W2407777570
- https://openalex.org/W2478894845
- https://openalex.org/W2509028953
- https://openalex.org/W2534546369
- https://openalex.org/W2536374711
- https://openalex.org/W2594742929
- https://openalex.org/W2606394655
- https://openalex.org/W2609828511
- https://openalex.org/W2745665709
- https://openalex.org/W2753521310
- https://openalex.org/W2787134859
- https://openalex.org/W2796234617
- https://openalex.org/W2895836916
- https://openalex.org/W2901814362
- https://openalex.org/W2943542119
- https://openalex.org/W2945370467