Mirsaeidi, Sohrab;Dong, Xinzhou;Shi, Shenxing;Wang, Bin
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제12권6호
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pp.2089-2098
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2017
Microgrid is a convenient, reliable, and eco-friendly approach for the integration of Distributed Generation (DG) sources into the utility power systems. To date, AC microgrids have been the most common architecture, but DC microgrids are gaining an increasing interest owing to the provision of numerous benefits in comparison with AC ones. These benefits encompass higher reliability, power quality and transmission capacity, non-complex control as well as direct connection to some DG sources, loads and Energy Storage Systems (ESSs). In this paper, main challenges and available approaches for the protection of AC and DC microgrids are discussed. After description, analysis and classification of the existing schemes, some research directions including coordination between AC and DC protective devices as well as development of combined control and protection schemes for the realization of future hybrid AC/DC microgrids are pointed out.
More than 80% of electric loads need DC electricity rather than AC at the moment. If DC power could be supplied directly to the terminal loads, power conversion stages including rectifiers, converters, and power adapters can be reduced or simplified. Therefore, DC microgrids may be able to improve energy efficiency of power distribution systems. In addition, DC microgrids can increase the penetration level of renewable energy resources because many renewable energy resources such as solar photovoltaic(PV) generators, fuel cells, and batteries generate electric power in the form of DC power. The integration of the DC generators to AC electric power systems requires the power conversion circuits that may cause additional energy loss. This paper discusses the capability and feasibility of DC microgrids with regard to energy efficiency analysis through detailed dynamic simulation of DC and AC microgrids. The dynamic simulation models of DC and AC microgrids based on the Microgrid Test System in KEPCO Research Institute are described in detail. Through simulation studies on various conditions, this paper compares the energy efficiency and advantages of DC and AC microgrids.
The increased penetration of Distributed Energy Resources (DER) is challenging the entire architecture of conventional electrical power system. Microgrid paradigm, featuring higher flexibility and reliability, becomes an attractive candidate for the future power grid. In this paper, an overview of microgrid configurations is given. Then, possible structure options and control methods of DER units are presented, which is followed by the descriptions of system controls and power management strategies for AC microgrids. Finally, future trends of microgrids are discussed pointing out how this concept can be a key to achieve a more intelligent and flexible power system.
In recent years, microgrids have been the focus of considerable attention in distributed energy distribution. Microgrids contain a large number of power electronic devices that can potentially cause negative impedance instability. Harmonic impedance is an important tool to analyze stability and power quality of microgrids. Harmonic impedance can also be used in harmonic source localization. Precise measurement of microgrid impedance and analysis of system stability with impedances are essential to increase stability. In this study, we introduce a new square wave current injection method for impedance measurement and stability analysis. First, three stability criteria based on impedance parameters are presented. Then, we present a new impedance measurement method for microgrids based on square wave current injection. By injecting an unbalanced line-to-line current between two lines of the AC system, the method determines all impedance information in the traditional synchronous reference frame d-q model. Finally, the microgrid impedances of each part and the overall microgrid are calculated to verify the measurement results. In the experiments, a simulation model of a three-phase AC microgrid is developed using PSCAD, and the AC system harmonic impedance measuring device is developed.
Mansour, Henda Ben;Chaarabi, Lotfi;Jelassi, Khaled;Guerrero, Josep M.
International Journal of Computer Science & Network Security
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제22권3호
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pp.355-363
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2022
This paper presents the modeling for islanded hybrid AC/DC microgrid and the verification of the proposed supervisory controller for energy management for this microgrid. The supervisory controller allows the microgrid system to operate in different power flows through the proposed control algorithm, it has several roles in the management of the energy flow between the different components of the microgrid for reliable operation. The proposed microgrid has both essential objectives such as the maximum use of renewable energies resources and the reduction of multiple conversion processes in an individual AC or DC microgrids. The microgrid system considered for this study has a solar photovoltaic (PV), a wind turbine (WT), a battery (BT), and a AC/DC loads. A small islanded hybrid AC/DC microgrid has been modeled and simulated using the MATLAB-Simulink. The simulation results show that the system can maintain stable operation under the proposed supervisory controller when the microgrid is switched from one operating mode of energy flow to another.
In recent years, as the demand for distributed power has increased, the need for microgrids connected to grid power and renewable power generation sources has emerged. In the case of DC microgrids, reactive power does not occur, and power conversion losses are reduced compared to AC when connecting to the load and power grid[2]. With the revitalization of the DC distribution network industry, various studies and demonstrations of DC microgrids have been carried out. In the case of the recent unit distribution, its stability and effectiveness have been verified through empirical and research analysis. However, there is a lack of empirical tests to prevent chain accidents for the protection of the power grid circuits and the misoperation of the distributed power system caused by individual accidents when connecting various distributed power sources and power grids. In this paper, the operation plan of a stable multi-circuit DC distribution connection for the demonstration site was verified through the protection cooperation and operation algorithm for the stable linkage management of the DC distribution network composed of such a multi-circuit.
An open circuit fault diagnostic method in IGBTs for the ac to dc converters used in microgrid applications is developed in this paper. An ac to dc converter is a key technology for microgrids in order to interface both distributed generation (DG) and renewable energy resources (RES). Also, highly reliable ac to dc converters are necessary to keep converters in continuous operation as long as possible during power switch fault conditions. Therefore, the proposed fault diagnostic method is developed to reduce the fault detection time and to avoid any other fault alarms because continuous operation is desired. The proposed diagnostic method is a combination of the absolute normalized dc current technique and the false alarm suppression algorithm to overcome the long fault detection time and fault alarm problems. The simulation and experimental results show that the developed fault diagnostic method can perform fault detection within about one cycle. The results illustrate that the reliability of an ac to dc converter interfaced with a microgrid can be improved by using the proposed fault diagnostic method.
도서 및 산간지역에 필요한 독립형 마이크로그리드는 디젤발전, 태양광발전 및 에너지저장장치 등으로 구성된다. 독립형 마이크로그리드내의 급격한 부하 변동, 분산형전원의 발전량 변동과 같은 문제로 인해 교류계통의 전압과 주파수가 변동한다. 특히, 독립형 마이크로그리드간에 전력을 주고받는 상황에서는 상호간의 교류전압과 주파수를 적절히 조절해야 할 필요가 있다. 본 논문에서는 독립형 마이크로그리드 간에 전력을 주고받을 시, 에너지 라우터(Energy Router)라는 기기를 이용하여 통신을 사용하지 않고 자율 분산 제어방법을 통해 계통 전압과 주파수를 제어하는 방법을 제안한다. 에너지 라우터는 AC/AC 컨버터를 사용하여 전력을 상호 간에 전달한다. 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 부하 변동 및 분산형전원의 발전량 변동 등을 모의하고 에너지 라우터의 유효성을 검증한다.
Recently, the interest in DC systems to achieve more efficient connection with renewable energy sources, energy storage systems, and DC loads has been growing extensively. DC systems are more advantageous than AC systems because of their low conversion losses. However, the DC-link voltage is variable during operation because of different random effects. This study focuses on DC voltage stabilization applied in stand-alone DC microgrids by means of voltage ranges, power management, and coordination scheme. The quality and stability of the entire system are improved by keeping the voltage within acceptable limits. In terms of optimized control, the maximum power should be tracked from renewable resources during different operating modes of the system. The ESS and VSDG cover the power shortage after all available renewable energy is consumed. Keeping the state of charge of the ESS within the allowed bands is the key role of the control system. Load shedding or power generation curtailment should automatically occur if the maximum tolerable voltage variation is exceeded. PSIM-based simulation results are presented to evaluate the performance of the proposed control measures.
A microgrid (MG) with integrated renewable energy resources can benefit both utility companies and customers. As a result, they are attracting a great deal of attention. The control of a MG is very important for the stable operation of a MG. The droop-control method is popular since it avoids circulating currents among the converters without using any critical communication between them. Traditional droop control methods have the drawback of an inherent trade-off between power sharing and voltage and frequency regulation. An adaptive droop control method is proposed, which can operate in both the island mode and the grid-connected mode. It can also ensure smooth switching between these two modes. Furthermore, the voltage and frequency of a MG can be restored by using the proposed droop controller. Meanwhile, the active power can be dispatched appropriately in both operating modes based on the capacity or running cost of the Distributed Generators (DGs). The global information (such as the average voltage and output active power of the MG and so on) required by the proposed droop control method to restore the voltage and frequency deviations can be acquired distributedly based on the Multi Agent System (MAS). Simulation studies in PSCAD demonstrate the effectiveness of the proposed control method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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