Control and analysis of DC Microgrid with multiple distributed generators

par Nanfang Yang

Thèse de doctorat en Génie Electrique

Sous la direction de Abdellatif Miraoui et de Damien Paire.

Soutenue le 06-11-2015

à Belfort-Montbéliard , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; Dijon ; Belfort) , en partenariat avec IRTES. SET (laboratoire) et de Université de technologie de Belfort-Montbéliard (Etablissement de préparation) .

Le président du jury était Mohamed Khémis Gabsi.

Le jury était composé de Weiguo Liu, Lhassane Idoumghar, Fei Gao.

Les rapporteurs étaient Babak Nahidmobarakeh, Yvon Bésanger.

  • Titre traduit

    Contrôle et analyse d'un micro-réseau continu consisté de multiples générateurs distribués


  • Résumé

    L'intégration des sources d'énergies renouvelables sur le réseau électrique est complexe en raison de leur nature intermittente et décentralisée. Le micro-réseau est une approche prometteuse pour interconnecter des générateurs distribués (DGs) locaux, alimenter des charges locales et également échanger de l'énergie avec le réseau électrique de manière contrôlée. Ce mode de production/consommation locales permet d'éviter la transmission d'électricité sur de longues distances, et implique donc une plus grande efficacité. Ces travaux se concentrent sur l'analyse et le contrôle du micro-réseau continu afin que les DGs se répartissent l'alimentation des charges et qu'ils maintiennent également la tension du bus continu. À l'équilibre, les contraintesde la commande du statisme classique (droop control) pour un système comportant de multiples DGs sont analysés, et une méthode de compensation mixte est proposée pour améliorer simultanément le maintien en tension et le partage du courant de charge. En dynamique, le modèle global du système est construit en introduisant une inductance virtuelle dans le circuit équivalent du DG, puis plusieurs modèles d'ordre réduit sont examinés pour vérifier leur efficacité dans l'analyse de la stabilité du système. Un modèle multi-échelle d'ordre réduit (RMM) est proposé afin de conserver les contraintes temporelles ainsi que de réduire la complexité du système. Enfin, une méthode basée sur le contrôle de rejet de perturbation active (ADRC) est présentée afin de mettre en oeuvre le contrôle local de la tension des DG en prenant en compte l'échelle de temps. Cette méthode permet d'améliorer la dynamique du système de contrôle en ajustant la largeur de bande passante de la commande et de l'observateur. Les analyses et les méthodes de contrôle proposées sont vérifiées par des essais expérimentaux dans notre plateforme au laboratoire.


  • Résumé

    The direct integration of renewable energy resources to the utility grid is pretty tough due to their intermittent feature and dispersed nature. Microgrid is one promising approach to gather the local distributed generators (DGs), supply local loads as well as exchange power with the utility grid as a controllable unit. This local-generation-localconsumption mode is able to avoid the long distance power transmission, thus can benefit a higher efficiency. The control aim of DC microgrids is to make the multiple DGs share the load properly as well as maintain the DCbus voltage stable. In steady state, the constrains of the classic droop control in multiple DGs environment are analyzed, and a mixed compensation method using common current is proposed to improve the voltage and load sharing performance simultaneously. In dynamic state, the system comprehensive model is constructed by the introduction of virtual inductor in the equivalent circuit of the DG, then several reduced-order models are examined to check their effectiveness for the system stability analysis. A reduced-order multi-scale model (RMM) is proposedto keep major time scale information as well as reduce the system complexity. Finally, an active disturbance rejection control (ADRC) based control method is proposed to realize the time scale droop control. It can effectively adjust the dynamic of the local control by adjusting the bandwidth of the Linear Extend State Observer or/and the controller. The proposed analysis and control methods are verified by experimental tests in our laboratory platform.


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