The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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제60권9호
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pp.1674-1683
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2011
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 lack of controllability over the wind causes fluctuations in the output power of the wind generators (WGs) located at the wind farms. Distribution Static Compensator (DSTATCOM) equipped with Battery Energy Storage System (BESS) can significantly smooth these fluctuations by injecting or absorbing appropriate amount of active power, thus, controlling the power flow of WGs. But because of the component aging and thermal drift, its harmonic filter parameters vary, resulting in performance degradation. In this paper, Quantitative Feedback Theory (QFT) is used as a robust control scheme in order to deactivate the effects of filter parameters variations on the wind power generation power smoothing performance. The proposed robust control strategy of the DSTATCOM is successfully applied to a microgrid, including WGs. The simulation results obviously show that the proposed control technique can effectively smooth the fluctuations in the wind turbines' (WT) output power caused by wind speed variations; taking into account the filter parameters variations (structural parameter uncertainties).
Liu, Kun;Khan, Muhammad Mansoor;Rana, Ahmad;Fei, Dong
Journal of Power Electronics
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제18권2호
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pp.588-603
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2018
This paper presents the idea of a smart load that can adjust the input power flow based on the intermittent power available from RESs (Renewable Energy Resources) to regulate the line voltage, and draw a constant power from the grid. To this effect, an innovative power flow controller is presented based on a Resistive ES (Electric Spring) in combination with a PEAT (Power Electronics based Adjustable Transformer), which can effectively shape the load power flow at the subnetwork level. With a PEAT incorporated in the step down transformer at the grid side, the proposed controller can supply non-critical loads through local RESs, and the critical loads can draw a relatively constant power from the grid. If there is an abundance of power produced by the RESs, the controller can supply both non-critical loads and critical loads through the RES, which significantly reduces the power demand from the grid. The principle, practicality, stability analysis, and controller design are presented. In addition, simulation results show that the power flow controller performs well in shaping the load power flow at the subnetwork level, which decreases the power demand on the grid. Experimental results are also provided to show that the controller can be realized.
There exists a strong coupling between real and reactive power owing to the complex impedances in droop based islanded microgrids (MGs). The existing virtual impedance methods consider improvements of the impedance matching for sharing of the voltage controlled power (VCP) (reactive power for Q-V droop, and real power for P-V droop), which yields a 1-DOF (degree of freedom) tunable virtual impedance. However, a weak impedance matching for sharing of the frequency controlled power (FCP) (real power for $P-{\omega}$ droop, and reactive power for $Q-{\omega}$ droop) may result in FCP overshoots and even oscillations during load transients. This in turn results in VCP oscillations due to the strong coupling. In this paper, a 2-DOF tunable adaptive virtual impedance method considering impedance matching for both real and reactive power (IM-PQ) is proposed to improve the power sharing performance of MGs. The dynamic response is promoted by suppressing the coupled power oscillations and power overshoots while realizing accurate power sharing. In addition, the proposed power sharing controller has a better parametric adaptability. The stability and dynamic performances are analyzed with a small-signal state-space model. Simulation and experimental results are presented to investigate the validity of the proposed scheme.
This paper proposes a point of common coupling (PCC) voltage compensation method for islanding microgrids using an improved power sharing control scheme among distributed generators (DGs) without communication. The PCC voltage compensation algorithm is implemented in the droop control scheme to reduce the PCC voltage deviation produced by the droop controller itself and the voltage drop on the line impedance. The control scheme of each individual DG unit is designed to use only locally measured feedback variables and an obtained line impedance to calculate the PCC voltage. Therefore, traditional voltage measurement devices installed at the PCC as well as communication between the PCC and the DGs are not required. The proposed control scheme can maintain the PCC voltage amplitude within an allowed range even to some extent assuming inaccurate line impedance parameters. In addition, it can achieve proper power sharing in islanding microgrids. Experimental results obtained under accurate and inaccurate line impedances are presented to show the performance of the proposed control scheme in islanding microgrids.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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제64권9호
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pp.1315-1322
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2015
This paper proposes an active islanding detection method for the BESS (Battery Energy Storage System) with 3-phase inverter which is connected to the AC grid. The proposed method adopts the DDSRF (Decoupled Double Synchronous Reference Frame) PLL (Phase Locked-Loop) so that the independent control of positive-sequence and negative-sequence current is successfully carried out using the detected phase angle information. The islanding state can be detected by sensing the variation of negative-sequence voltage at the PCC (Point of Common Connection) due to the injection of 2-3% negative-sequence current from the BESS. The proposed method provides a secure and rapid detection under the variation of negative-sequence voltage due to the sag and swell. The feasibility of proposed method was verified by computer simulations with PSCAD/EMTDC and experimental analyses with 5kW hardware prototype for the benchmark circuit of islanding detection suggested by IEEE 1547 and UL1741. The proposed method would be applicable for the secure detection of islanding state in the grid-tied Microgrid.
Kim, Dong-Wan;Ko, Ji-Han;Kim, Seong Hyun;Kim, Homin;Kim, Eel-Hwan
Journal of the Korean Solar Energy Society
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제34권2호
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pp.16-23
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2014
This paper presents a renewable energy configuration plan of Micro grid in Gapa Island. To analyze the characteristics of Micro grid, BESS (Battery Energy Storage System), PMSG (Permanent Magnet Synchronous Generator) and SCIG (Squirrel Cage Induction Generator) are first modelled. The PMSG and SCIG will operate with basis on the real power curve. when the total power demand is larger than the total power generation, the BESS will be operated and the SOC (State Of Charge) is reduced. If the value of SOC could drop down to limited value, the system may be broken because of the voltage drop of BESS. To solve this problem, a DG (Diesel Generator) is used to charge the BESS and keep the voltage value of BESS with in a allowance limit. This paper represents simulation result when PMSG, SCIG connected to the Micro grid installed in Gapa Island. The simulation is carry out by using PSCAD/EMTDC program with actual line constant and transformer parameter in Gapa Island.
In this paper, a new power control strategy for the bipolar-type low voltage direct current (LVDC) distribution system is being proposed. The dc distribution system is considered as an innovative system according to the increase of dc loads and dc output type distribution energy resources (DERs) such as photovoltaic (PV) systems and energy storage systems (ESS). Since the dc distribution system has many advantages such as feasible connection of DERs, reduction of conversion losses between dc output sources and loads, no reactive power issues, it is very suitable solution for new type buildings and residences interfaced with DERs and ESSs. In the bipolar-type, if it has each grid-interfaced converter, both sides (upper, lower-side) can be operated individually or collectively. A complementary power control strategy using two ESSs in both sides for effective and reliable operation is proposed in this paper. Detailed power control methods of the host controller and local controllers are described. To verify the performances of the proposed control strategy, simulation analysis using PSCAD/EMTDC is being performed where the results show that the proposed strategy provides efficient operations and can be applied to the bipolar-type dc distribution system.
최근 정부에서는 우리나라 전 도서에 신재생에너지와 에너지저장장치(ESS)를 결합한 마이크로그리드 구축 사업을 계획하고 있기 때문에 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이때 분산전원 도입 시 부적절한 용량산정은 신재생 발전제한 혹은 전력공급부족 등을 유발하며, 이는 발전효율 저하 및 계통전력수급에 문제를 야기한다. 따라서 본 논문에서는 부하의 수요전력을 고려한 분산전원의 적절한 용량산정를 도출하기 위하여 제주특별자치도의 추자도를 실증사이트로 정하여 실제 부하패턴과 기상데이터를 가지고 신재생에너지원과 ESS의 용량별 신재생발전 출력 제한률을 분석하고자 한다. 출력 제한률은 MATLAB 프로그램을 통해 분석하였으며, 그 결과를 통해 추자도의 마이크로그리드화를 위한 분산전원의 적정용량을 나타내고자 한다.
This study presents a strategy using the synchronized output regulation method (SOR) for controlling inverters operating in stand-alone and grid-connected modes. From the view point of networked dynamic systems, SOR involves nodes with outputs that are synchronized but also display a desirable wave shape. Under the SOR strategy, the inverter and grid are treated as two nodes that comprise a simple network. These two nodes work independently under the stand-alone mode. An intermediate mode, here is named the synchronization mode, is emphasized because the transition from the stand-alone mode to the grid-connected mode can be dealt as a standard SOR problem. In the grid-connected mode, the inverter operates in an independent way, in which the voltage reference changes for generalized synchronization where its output current satisfies the required power injection. Such a relatively independent design leads to a seamless transfer between operation modes. The closed-loop system is analyzed in the state space on the basis of the output regulation theory, which improves the robustness of the design. Simulations and experiments are performed to verify the proposed control strategy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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