Development of Inverter Control Methods for Microgrid Applications

Abstract

Yenilenebilir enerji kaynakları (YEK) güç elektroniği elemanları vasıtasıyla yüke ve elektrik şebekesine daha fazla bağlanmasıyla birlikte, mikro şebekeler (microgrid-MG) aktif ve reaktif güç salınımları, aktif ve reaktif güç paylaşımı, arıza sonrası katkı yeteneği ve aşırı akım problemi gibi çeşitli zorluklarla başa çıkmak için yeterli düzeyde yardımcı hizmetleri sağlamalıdır. Bu yüzden mikro şebekeler için tek veya paralel çalışan yenilenebilir enerji kaynaklı güç elektroniği cihazları kontrolü önemli bir araştırma konusu haline gelip ve kritik öneme sahip olmaktadır. Bu bağlamda, bu tez çalışmasının amacı MG uygulamalarında ada modunda ve şebekeye bağlı tek üç fazlı evirici ve paralel üç fazlı evirici topolojileri için kontrol stratejilerini geliştirmektir. Bu tez çalışmasında, i) evirici topolojilerinin şebeke ile etkileşiminin iyileştirilmesi, ii) güç/akım kalitesinin artırılması, iii) gerilim kararlılığının artırılması, iv) akım, gerilim ve frekans kontrolünün yapılması, v) aşırı akım korumasının sağlanması, vi) aktif ve reaktif güç salınımlarının elimine edilmesi, vii) gerilim desteğinin sağlanması, viii) reaktif güç desteğinin sağlanması ve ix) eviriciler arasında güç paylaşımının sağlanmasına yönelik; esnek kontrol, gerilim destekli kontrol, sıralı bileşenler tabanlı düşüm kontrolü ve öngörülü akım kontrol gibi çeşitli kontrol stratejileri önerilmiştir. Önerilen kontrol stratejilerinin etkinliği ve doğruluğu PSCAD/EMTDC ve MATLAB yazılım programları kullanılarak detaylı benzetim çalışmaları ve numerik analizler ile desteklenmiştir. Ayrıca DSP tabanlı PIL kullanılarak önerilen yöntemlerin etkinliği gerçek zamanlı sonuçlarla doğrulanmıştır.

With renewable energy source (RES) increasingly connected to the load and the electrical grid through power electronic devices, micro grids (MGs) have to provide adequate ancillary services to deal with various challenges such as active and reactive power oscillations, active and reactive power sharing, fault ride through capability and overcurrent problem. Therefore, control of single or parallel operated power electronic based RES is a significant research subject and critical for the MGs. In this regard, aim of this thesis is to improve control strategies for single three-phase and parallel three-phase inverter topologies in island and grid connected modes in MGs applications. In this thesis, various control strategies such as flexible control, voltage support control, sequence-based droop control and predictive current control have been proposed to; i) improve the interaction of the inverter topologies with the grid, ii) increase the power/current quality, iii) increase the voltage stability, iv) perform current, voltage and frequency control, v) guarantee overcurrent protection, vi) eliminate active and reactive power oscillations, vii) provide voltage support, viii) ensure reactive power support and viii) provide power sharing between parallel inverters. The effectiveness and accuracy of the proposed control strategies are supported by detailed simulation studies and numerical analysis using PSCAD/EMTDC and MATLAB software programs. Also, the effectiveness of the proposed methods has been verified with real-time results using DSP-based PIL.