비대칭 전압 처짐 아래의 그리드 묶음 연료 전지 DG에 대한 적용을 갖는 PLL-FREE 강력한 제어 전략

미래의 전력망은 태양 광 발전 (PV) 발전소, 풍력 터빈 및 연료 전지와 같은 청정 에너지 기반 분산 생성 (DG)이 크게 침투 할 것입니다. 이러한 생성은 종종 전력 전자 컨버터 (PEC)를 통해 그리드에 인터페이스됩니다. 인터페이스는 일반적으로 활성 및 반응성 전력의 빠른 제어를 통해 고효율 및 유연한 작동을 제공하는 DC-AC 전압 소스 컨버터 (VSC)를 일반적으로 사용합니다.

청정 에너지 자원의 생산적인 통합은 대부분 인터페이스 컨버터를 효과적으로 제어하는 ​​데 의존합니다. 지난 몇 년 동안 연료 전지 (FC) DGS (FCDG)는 많은 유용한 특성을 보유함에 따라 점점 더 흔해지고 있습니다. 그들은 디젤 발전기보다 효율이 높으며 다른 유형의 재생 가능 에너지 원 (RES)과 쉽게 통합 될 수 있습니다. 그것들은 1 차 에너지 원으로 사용되거나 RES 전력의 간헐적 특성을 보충하기 위해 사용될 수 있습니다.

통신 인프라와 함께 전력 시스템으로의 통합에서 신뢰할 수 있고 안정적인 그리드 운영 및 양방향 전력 흐름으로 막대한 이점이 생길 수 있습니다. 그들은 빠르게 떠오르는 스마트 그리드 [2–5]를 향한 주요 빌딩 블록 역할을 할 수 있습니다.

문헌 개요 및 연구 동기

FCDG 및 하이브리드 FC 기반 DG에 대한 응용 프로그램으로 VSC의 제어는 광범위하게 연구되었다 [1, 6-15]. DGS의 증가로 인해 안정성과 신뢰성을 유지하기 위해서는 새롭고 엄격한 그리드 연결 규정 및 표준 [16]이 필수적입니다. 그러한 요구 사항 중 하나는 DG 소스가 그리드-연결을 유지하는 능력입니다. 저전압 딥 (LVRT) 요구 사항이라고도하는 전압 DIP [17]. SAG가 3 단계 (비대칭) 모두에서 균일하지 않은 경우, 그리드 연결 및 안정성을 유지하기 위해 VSC를 신중하게 제어해야합니다. 또한 DG 소스에 규정 된 양의 전력을 그리드에 주입하는 것과 같은 규제 요구 사항이있을 수 있습니다. 이러한 조건 하에서, 측정 된 비대칭 전압과 전류를 일련의 대칭 전압으로 분해하고 개별적으로 제어하는 ​​것이 일반적이다 [18, 19]. 이러한 작업은 PLL (Specialized and Clearsly Synthized Phase Loops)을 사용하여 수행됩니다. 컨트롤러 설계 및 PLL 튜닝 작업은 사소하고 도전적이되고 컨트롤러의 계산 복잡성을 증가시킵니다.

그리드 묶은 FCDG에 대한 기존 VSC 제어 기술의 대부분은 정상 작동 만 주소합니다. 비대칭 전압 딥은 해결되지 않습니다. 그리고 그리드 연결 해상을위한 현재 LVRT 가능 전략의 대부분은 특수 PLL을 활용하여 추가 설계 노력과 계산 간접비로 이어집니다. 이 연구의 주요 동기는 이러한 한계 중 일부를 해결하는 것입니다.

연구 기여

이 연구는 일부 기존 기술보다 계산 복잡성이 낮고 설계 요구 사항이 낮은 그리드 묶은 FCDG 변환기에 대한 강력한 LVRT 지원 제어 솔루션을 제안합니다. 이 작업의 주요 기여는 다음과 같습니다.

• 불확실성 및 방향 추정 [29] 및 반복적 인 제어 [30]를 이용한 효율적인 전략이 도입된다. 빠른 일시적 응답을 가지고 있으며 좋은 교란 거부 속성을 제공합니다.
• 제안 된 컨트롤러는 계산 복잡성이 낮고 편리하게 조정할 수 있습니다.
• 유효 전력은 일정하게 유지되고, 위상 전류는 비대칭 전압 처짐 동안 특수한 PLL을 필요로하지 않고 복잡성을 더 낮추는 동안 정현파 형태를 가정합니다.
• 컨트롤러 설계는 FC 또는 DC-DC 컨버터 역학의 역학이 없습니다. 그것은 전략을 더욱 강력하고 부정확 한 모델링에 면역력을 부여합니다.
• 컨트롤러 재 설계없이 시스템의 세대 용량을 증가시킬 수 있습니다. 따라서이 체계는 네트워크 토폴로지 변경을 효과적으로 견딜 수 있습니다.

참조 :

1. m. E. Raoufat, A. Khayatian 및 A. Mojallal,“그리드-연결 연료 전지 DG에 적용되는 전압 소스 변환기의 성능 복구”, IEEE 트랜잭션 Smart Grid, vol. 9, 아니오. 2, pp. 1197–1204, 2018 년 3 월.
2. s. Rahman and K. Tam,“태양 광 연료 세포 하이브리드 에너지 시스템의 타당성 조사”, IEEE 에너지 전환, vol. 3, 아니오. 1, pp. 50–55, 1988 년 3 월.
3. p. A. Bernstein, M. Heuer 및 M. Wenske, 2013 년 IEEE Grenoble Conference. IEEE, 2013 년 6 월, pp.1–4.
4. p. Patel, F. Jahnke, L. Lipp, T. Abdallah, N. Josefik, M. Williams 및 N. Garland,“스마트 그리드 용 연료 전지 및 수소”, 2011, pp. 305–313.
5. j. Blanchard, 2011 년 IEEE 33rd International Telecommunications Energy Conference (Intelec)의“연료 전지를 사용한 스마트 에너지 솔루션”. IEEE, 2011 년 10 월, pp. 1–8.
6. s. K. Mazumder, R. K. Burra, R. Huang, M. Tahir 및 K. Acharya,“주거용 애플리케이션을위한 보편적 인 그리드 연결 연료 전지 인버터”, IEEE 산업 전자 제품 거래, vol. 57, 아니요. 10, pp. 3431–3447, 2010 년 10 월.
7. m. Jang, M. Ciobotaru 및 V. G. Agelidis,“Boost-Inverter를 기반으로 한 단일 위기 그리드 연결 연료 전지 시스템”, Power Electronics, vol. 28, 아니오. 1, pp. 279–288, 2013 년 1 월.
8. s. A. Taher 및 S. Mansouri,“그리드 연결 SOFC DG 시스템의 활성 전력을위한 최적의 PI 컨트롤러 설계”, International Journal of ElectricalPower &Energy Systems, Vol. 60, pp. 268–274, 2014 년 9 월.
9. t. Erfanmanesh 및 M. Dehghani,“그리드 연결 연료 전지 발전소의 성능 개선 :LPV 강력한 제어 접근법, 국제 전력 및 에너지 시스템, vol. 67, pp. 306–314, 2015 년 5 월.
10. h. R. Baghaee, M. Mirsalim, G. B. Gharehpetian 및 H. A. Talebi,“ON 및 오프 그리드 모드에 대한 불균형 및 비선형 부하 조건 하에서 WG/PV/FC 마이크로 그리드의 중앙화 된 슬라이딩 모드 제어”, IEEE Systems Journal, pp. 1–12, 2017.
11. ——,“재생 가능 에너지 자원을 포함한 하이브리드 AC/DC 마이크로 그리드를위한 분산 전력 관리 및 슬라이딩 모드 제어 전략”, IEEE 산업 정보학에 대한 IEEE 거래, pp. 1–1, 2017
12. m. Mohammadi와 M. Nafar,“전력 분배 시스템에서 하이브리드 마이크로 그리드의 퍼지 슬라이딩 모드 기반 제어 (FSMC) 접근, 국제 전력 및 에너지 시스템, vol. 51, pp. 232–242, 2013 년 10 월.
13. a. EID,“가변 하중 수요 하에서 PV-Wind-Fuel Cell Hybrid 분산 생성 시스템의 유틸리티 통합”, International Journal of Electrical Power &Energy Systems, Vol. 62, pp. 689–699, 2014 년 11 월.
14. s. Patra, M. Narayana, S. R. Mohanty 및 N. Kishor,“강력한 최대 전력 포인트 추적 컨트롤러, 그리드 연결 광전지 연료 셀 기반 하이브리드 시스템의 전력 품질 개선”전력 구성 요소 및 시스템, vol. 43, 아니요. 20, pp. 2235–2250, 2015 년 12 월 .3
15. i. Abadlia, M. Adjabi 및 H. Bouzeria,“그리드 연결 광전자-하이드로겐 하이브리드 시스템의 슬라이딩 모드 기반 전력 제어, 국제 수소 에너지, vol. 42, 아니요. 47, pp. 28 171–28 182, 2017 년 11 월.
16. h. R. Baghaee, M. Mirsalim, G. B. Gharehpetian 및 H. A. Talebi,“자율 마이크로 그라이드에서 인버터 인터페이스 DER의 결함 승차 능력을 향상시키기위한 새로운 현재 제한 전략 및 결함 모델”, 지속 가능한 에너지 기술 및 평가, vol. 24, pp. 71–81, 2017 년 12 월.
17. e. Troester,“PV 시스템을 중간 전압 전력 그리드에 연결하기위한 새로운 독일 그리드 코드”, 광학 설계, 생산, 그리드 연결, pp.1–4, 2009.
18. m. Mirhosseini, J. Pou, B. Karanayil 및 V. G. Agelidis,“균형 잡힌 그리드 전압을 방해하는 그리드-연결 광 발전 발전소의 공진 ver-sus 기존 컨트롤러”, IEEE는 지속 가능한 에너지에 대한 IEEE 거래, vol. 7, 아니오. 3, pp. 1124–1132, 2016 년 7 월.
19. a. Merabet, L. Labib, A. M. Ghias, C. Ghenai 및 T. Salameh,“불균형 그리드 전압 하에서 그리드 연결 광고 인버터 시스템에 대한 슬라이딩 모드 보상을 통한 강력한 피드백 선형 제어, IEEE Journal of Photovoltaics, vol. 7, 아니오. 3, pp. 828–838, 2017.
20. p. Rodriguez, A. Luna, I. Candela, R. Mujal, R. Toodorescu 및 F. Blaabjerg,“왜곡 된 그리드 조건 하에서 파워 컨버터의 그리드 동기화를위한 다중 소포 주파수 잠금 루프”, IEEE 트랜잭션, IEEE 트랜잭션, vol. 58, 아니요. 1, pp. 127–138, 2011 년 1 월.
21. a. Merabet, L. Labib 및 A. M. Ghias,“그리드 결함 승차 기능을 갖춘 태양 광 인버터 시스템에 대한 강력한 모델 예측 제어.” Smart Grid의 IEEE 거래, Vol. 9, 아니오. 6, pp. 5699 - 5709,2017.
22. v. Utkin and Hoon Lee,“슬라이딩 모드 제어 시스템의 채터 링 문제”, 2006.vss'06.ieee, pp. 346–350.
23. x. Wang, Z. Yang, B. Fan 및 W. Xu,“저전압 승차 조건 하에서 3-phasephotovoltaic 인버터의 제어 전략”, 공학의 수학적 문제, vol. 2015, pp. 1–23, 2015.
24. h. Tian, ​​F. Gao, C. Ma, G. He 및 G. Li,“불균형 저전압 승차 승차 운영을위한 2 단계 광전자 인버터의 강력한 제어,”절차-2014 국제 전력 전자 장치 및 애플리케이션 회의 및 박람회, IEEE PEAC 2014, pp. 560–565, 2014.
25. m. Eydi, J. Farhang, R. Emamalipour 및 B. Asaei,“다양한 유형의 그리드 결함 하에서 2 단계 광전지 인버터의 저전압 승차, 재생 가능한 에너지 및 분산 세대에 관한 4 차이란 회의, ICREDG 2016, pp. 78-83, 2017.4
26. n. Zhang, H. Tang 및 C. Yao,“단일 상 그리드 연결 PV 인버터를위한 PR 컨트롤러 및 LCL 필터의 활성 댐핑을위한 체계적인 방법”, Energies, vol. 7, 아니오. 6, pp. 3934–3954, 2014 년 6 월.
27. Chenlei Bao, Xinbo Ruan, Xuehua Wang, Weiwei Li, Donghua Pan 및 Kailei Weng,“Capacitor-Current-Feedback Active-Damping이있는 LCL 유형 그리드-연결 인버터를위한 단계별 컨트롤러 설계, Power Electronics, Vol. 29, 아니요. 3, pp. 1239–1253, 2014 년 3 월.
28. g. Bonan, J. Flores, D. Coutinho, L. Pereira 및 J. Gomes da Silva,“무정전 전원 공급 장치를위한 반복적 인 컨트롤러 설계 :LMI 접근법”IEEE 2011 - IEEE Industrial Electronics Society의 연례 연례 회의. IEEE, 2011 년 11 월, pp. 704–709.
29. Q.-c. Zhong and D. Rees,“불확실성 및 교란 추정기에 기초한 불확실한 LTI 시스템의 제어”, Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, Vol. 126, 아니오. 4, p. 905, 2004. [온라인]. 이용 가능 :https://asmedigitalcollection.asme.org/dynamicsystems/article-abstract/126/4/905/471534/Control-of-UncLeation-lti-systems 기반-an?redirectedFrom=fultext
30. t. Inoue, M. Nakano, T. Kubo, S. Matsumoto 및 H. Baba,“양성자 싱크로트론 자석 전원 공급 장치의 높은 정확도 제어”, IFAC Proceedings Volumes, vol. 14, 아니오. 2, pp. 3137–3142, 1981 년 8 월.
31. b. A. Francis and W. M. Wonham,“선형 다 변수 조정기의 내부 모델 원리”, Applied Mathematics &Optimization, Vol. 2, 아니오. 2, pp. 170-194, 1975 년 6 월.