[論文レビュー] A Two-Layer Distributed Control Method for Islanded Networked Microgrid Systems

Xiaoyu Wu, Yin Xu+6 more|arXiv (Cornell University)|Oct 19, 2018

Microgrid Control and Optimization参考文献 17被引用数 10

ひとこと要約

本稿では、島嶼型ネットワーキングマイクログリッド（NMGs）のための二層構造分散制御フレームワークを提案し、自主的で分散型の運用を可能にするとともに、正確な電力分担および電圧・周波数制御を実現する。この手法は、一次、二次、三次、四次制御層を用いて、複数のマイクログリッド間で安定的かつ協調的な運用を実現し、シミュレーションおよび実験により動的性能が優れていることが検証された。

ABSTRACT

This paper presents a two-layer, four-level distributed control method for networked microgrid (NMG) systems, taking into account the proprietary nature of microgrid (MG) owners. The proposed control architecture consists of a MG-control layer and a NMG-control layer. In the MG layer, the primary and distrib-uted secondary control realize accurate power sharing among distributed generators (DGs) and the frequency/voltage reference following within each MG. In the NMG layer, the tertiary control enables regulation of the power flowing through the point of common coupling (PCC) of each MG in a decentralized manner. Furthermore, the distributed quaternary control restores system frequency and critical bus voltage to their nominal values and ensures accurate power sharing among MGs. A small-signal dynamic model is developed to evaluate dynamic performance of NMG systems with the proposed control method. Time-domain simulations as well as experiments on NMG test systems are performed to validate the effectiveness of the proposed method.

研究の動機と目的

• 複数の島嶋型マイクログリッドを、所有権の異なる独自の運用境界を尊重しながらも、安定的かつ自律的に統合制御する課題に対処すること。
• 各マイクログリッド内の分散型発電機における正確な有効電力および無効電力分担を実現すること。
• 相互接続されたマイクログリッド間で、ポイント・オブ・コモン・コネクション（PCC）における電力フローを分散型で制御すること。
• 異常発生後、協調制御によりシステム周波数および重要な母線電圧を定格値に回復させること。
• 中央管理者に依存しないスケーラブルで分散型の制御アーキテクチャを構築すること。

提案手法

• 制御アーキテクチャは、マイクログリッド（MG）制御層とネットワーキングマイクログリッド（NMG）制御層から構成され、階層的ではあるが分散型に動作する。
• MG層では、一次制御が仮想インピーダンスおよびドロップ制御を用い、分散型発電機（DGs）間での有効電力および無効電力分担を実現する。
• MG層における二次制御は、局所的な電圧および周波数測定値を用いて基準値を追跡し、電力分担の精度を向上させる。
• NMG層における三次制御は、局所的測定値と隣接するMGとの通信を用いて、各MGのPCCにおける電力フローを制御する。
• 四次制御は、MG間の分散型協調制御により、システム周波数および重要な母線電圧を定格レベルに回復させる。
• 提案された制御方式下でのシステム安定性および動的性能を分析するため、小信号動的モデルが構築された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中央制御装置を用いずに、所有権の異なる独自運用境界を尊重しながら、複数の島嶋型マイクログリッドをどのように統合制御できるか。
• RQ2 各マイクログリッド内での正確な有効電力および無効電力分担を保証する制御構造は何か。
• RQ3 相互接続されたマイクログリッド間で、ポイント・オブ・コモン・コネクション（PCC）における電力フローをどのように分散型で制御できるか。
• RQ4 異常発生後に、システム周波数および重要な母線電圧を定格値に回復させるメカニズムは何か。
• RQ5 提案された制御手法は、動的擾乱および負荷変動下でどのように性能を示すか。

主な発見

• 提案された二層構造分散制御法により、各マイクログリッド内における分散型発電機間での正確な有効電力および無効電力分担が達成された。
• 各マイクログリッドのPCCにおける電力フローが、分散型で効果的に制御され、安定な相互接続が確保された。
• 四次制御層により、異常発生後、システム周波数および重要な母線電圧が定格値に回復した。
• 時域シミュレーションにより、負荷変動および島嶋化イベント後の最小限のオーバーシュートと迅速な回復を示す安定した動的性能が確認された。
• 実験系を用いた実験結果により、提案された制御手法が実世界の条件下でも実現可能で、頑健であることが確認された。
• 小信号動的モデルの分析により、システムの安定性が検証され、制御系の過渡挙動に関する洞察が得られた。