Comparative Study of Three Control Strategies for the Frequency Regulation of an Isolated Microgrid

• Pineda Muñoz, Edwin Alexis ^[1] ; Gauthier Selleir, Alain ^[1]
  1. [1] Universidad de Los Andes

     Universidad de Los Andes

     Colombia

     
• Localización: Ingeniería, ISSN-e 2344-8393, ISSN 0121-750X, Vol. 25, Nº. 2, 2020 (Ejemplar dedicado a: May - August), págs. 179-193
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Estudio Comparativo de Tres Estrategias de Control para la Regulación de Frecuencia de una Micro Red en Operación Aislada
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• Resumen
  • español

    Contexto: La reducci´on de combustibles f´osiles, la necesidad de disminuir las emisiones de di´oxido de carbono (CO2) en el planeta y el inter´es por garantizar una seguridad energ´etica ha incrementado la investigaci´on en la producci´on de energ´ıa el´ectrica utilizando fuentes de energ´ıas renovables incorporadas a micro redes ´o MGs (Microgrids). Este panorama presenta desaf´ıos t´ecnicos que deben ser cubiertos para garantizar niveles de confiabilidad adecuados.

    M´etodo: Este estudio compara tres estrategias de control basadas en el control predictivo del modelo ´o MPC (Model Predictive Control), el control ´optimo LQ-Servo (Linear Quadratic Servo) y el control proporcional integral ´o PI, con el objetivo de regular la frecuencia frente a incertidumbres en la carga y perturbaciones ambientales, considerando un modelolineal aislado de microrred que incluye generadores convencionales y renovables, dispositivos de almacenamiento de energ´ıa y cargas.

    Resultados: Las simulaciones de la micro red en operaci´on aislada, en presencia de perturbaciones de viento, carga y potencia solar, muestran un mejor desempe˜no bajo diferentes escenarios de los controladores MPC y LQ-Servo con respecto a las caracter´ısticas din´amicas que presenta la desviaci´on de frecuencia y la se˜nal de control.

    Conclusiones: La estrategia de control ´optimo LQ-Servo, poco investigada en micro redes, se presenta como una opci´on viable a considerar en el dise˜no de controladores secundarios de micro redes en operaci´on aislada, debido a las caracter´ısticas de desempe˜no mostradas en la regulaci´on de frecuencia. Consideraci´on de modelos que incluyan restricciones en las variables de control y en los estados de la micro red, as´ı como la implementaci´on de los mismos, quedan como trabajo futuro.

    Palabras clave: Funci´on costo, generaci´on renovable, optimizaci´on, perturbaci´on, sintonizaci´on.

    Idioma: Espa˜nol.

  • English

    Context: The reduction of fossil fuels, the need to reduce emissions of carbon dioxide (CO2) on the planet and the interest in guaranteeing energy security have increased research in production of electrical energy using renewable energy sources incorporated into microgrids (MGs). This scenario presents technical challenges that must be covered to guarantee adequate levels of reliability.

    Method: This study compares three control strategies based on the predictive control of the model or MPC (Model Predictive Control), the optimal control LQ-Servo (Linear Quadratic Servo) and the control integral proportional or PI, with the aim of regulating the frequency against uncertainties in the load and environmental disturbances, considering an isolated linear microgrid model, which includes conventional and renewable generators, energy and load storage devices.

    Results: The simulations of the microgrid in isolated operation, in the presence of wind, load and solar power disturbances, show a better performance under different scenarios of the MPC and LQ-Servo controllers with respect to the dynamic characteristics presenting the frequency deviation and the control signal.

    Conclusions: The LQ-Servo optimal control strategy, little researched in microgrids, is presented as a viable option to consider in the design of secondary microgrid controllers in isolated operation, due to the characteristics of performance shown in the frequency regulation. Consideration of models that include restrictions in the control variables and in the states of the microgrid, as well as their implementation, remain for future work.

    Keywords: Cost function, renewable generation, optimization, disturbance, tuning.

    Language: Spanish.