Finite-time cooperative control strategies for the economic operation of hybrid AC/DC microgrids

Abstract

Este trabajo desarrolla una estrategia de control distribuido que garantice una operación óptima y estable de múltiples micro-redes híbridas AC/DC interconectadas. El enfoque de aplicación se encuentra en la operación aislada de micro-redes en baja tensión con equipos generadores distribuidos (DGs) de energía renovable con conversores de potencia. Para la interconexión entre micro-redes, se emplean conversores de interconexión (ILCs). El sistema estudiado se divide en partes correlativas a capítulos: (i) micro-red AC/DC con un ILC, (ii) micro-red AC/DC con un clúster de ILCs, y (iii) multi-micro-red AC/DC con clústeres de ILCs. El esquema de control propuesto en cada caso es distribuido y cooperativo y se implementa en base a una formulación del despacho económico óptimo. Los diseños son compatibles con las acciones de control secundario y terciario mientras incorporan algoritmos de tiempo finito para mejorar convergencia y desacoplamientos. Además, se proponen controladores multipropósito que permitan resguardar la operación saturada de micro-redes, balancear la potencia entre ILCs en un mismo clúster, y evitar la operación saturada de clústeres de ILCs. Los resultados experimentales y de simulación muestran una adecuada respuesta de los controladores propuestos permitiendo cumplir los objetivos de control simultáneamente de acuerdo a la priorización asignada.

This work develops a distributed control strategy that guarantees optimal and stable operation of multiple interconnected hybrid AC/DC microgrids. The strategy’s application focuses on the isolated operation of low-voltage microgrids with distributed generators of renewable energy sources with power converters. For the interconnection between microgrids, interlinking converters (ILCs) are used. The studied system is divided into parts correlative to chapters: (i) AC/DC microgrid with an ILC, (ii) AC/DC microgrid with a cluster of ILCs, and (iii) AC/DC multi-microgrid with clusters of ILCs. The control scheme proposed in each case is distributed and cooperative and is implemented based on a formulation of the optimal economic dispatch. The designs are compatible with the secondary and tertiary control actions while incorporating finite-time algorithms to improve convergence and decoupling. In addition, multipurpose controllers are proposed that allow safeguarding the saturated operation of microgrids, balancing the power between ILCs in the same cluster, and avoiding the saturated operation of clusters of ILCs. The experimental and simulation results show an adequate response of the proposed controllers, allowing them to meet the control objectives simultaneously according to the assigned prioritisation.