| dc.description.abstract | Denne oppgaven tar for seg regulering og styring av DC/AC-omformere. Mer spesifikt er målet med oppgaven å sammenligne en nyere kontrollmetode, kalt virtuell oscillatorkontroll (VOC), med den bedre kjente droopkontrollen. I sammenligningen er metodene analysert under flere ulike forhold for å finne ut metodenes begrensninger samt hvilke områder de er gode på. Det er også presentert hvordan parameterne til de to metodene kan velges for å gjøre metodene ekvivalente. Dette ble brukt som et kriterium for å kunne gi en rettferdig sammenligning. Underveis i analysen ble enkelte forbedringspotensialer av VOC oppdaget, og metoden optimalisert for å oppnå en forbedret ytelse.
For å sammenligne kontrollsystemene, ble begge metodene implementert på parallellkoblede omformere i en simuleringsmodell av et isolert mikronett. Modellen besto av to strømkilder med hver sin omformer som leverte effekt til en felles last hvor enten VOC eller droop-kontroll ble brukt. Testene på modellen ble utført med programmet MATLAB/Simulink i tillegg til at en ekvivalent tilstandsrommodell ble analysert. Slik kunne både den stasjonære og den transiente oppførselen bli undersøkt i tillegg til at stabiliteten til kontrollmetodene kunne bli vurdert.
En av hovedforskjellene mellom kontrollmetodene som ble oppdaget var relatert til hvor sterkt omformerne var knyttet sammen. Denne koblingsfaktoren er invers proporsjonal med den elektriske motstanden mellom omformerne og bestemmer hvor sterkt de påvirker hverandre. Analysene viste at droop-kontrollen var best når det var liten påvirkning mellom omformerne. Når linjeimpedansen ble redusert, sank stabilitetsmarginen og når impedansen var redusert til en tiendedel av opprinnelig verdi ble systemet ustabilt med droop-kontrollen. Det motsatte var tilfellet med virtuell oscillatorkontroll som fikk større stabilitetsmargin når koblingsfaktoren økte i styrke. I tillegg var VOC stabil for alle de forhold som ble undersøkt i oppgaven. Det viser at virtuell oscillatorkontroll er en mer robust metode enn droop-kontroll.
Den økte robustheten med VOC medfører en dårligere spenningskvalitet. Droop-kontrollen gir en ren sinusformet referansespenning til omformeren mens virtuell oscillatorkontroll gir en delvis forringet form på referansespenningen samt en oscillerende momentan frekvens. Selv om VOC-metoden ble tunet til å optimere ytelsen sin, var det tydelig at droop-kontrolleren ville være et bedre alternativ for mikronettet på grunn av den relativt store motstanden det var definert med. Dette fordi både spenningskvaliteten og nøyaktigheten på frekvens- og spenningskontrollen var bedre.
Derfor kan det konkluderes med at for et mikronett med stor motstand i nettet, enten på grunn av lang avstand mellom produksjonsenhetene eller en høy resistivitet i overføringslinjene, har det ikke blitt funnet gode nok grunner for å velge virtuell oscillatorkontroll i stedet for droop-kontroll. Hvis det i stedet er lav motstand i nettet og dermed en sterk kobling mellom enhetene, vil virtuell oscillatorkontroll være det beste alternativet. | |
| dc.description.abstract | This thesis is about controlling DC/AC inverters. More specifically is the goal to compare the recently introduced virtual oscillator control (VOC) with the better known droop control. The methods are analyzed under different conditions to uncover their limitations and their strengths. It also presented how the selection parameters could make the methods equivalent. This is used as a criterion to give a fair comparison. During the analysis were some improvements of the VOC discovered, and the method was optimized to improve its performance.
To compare the controllers, were both methods implemented on parallel connected inverters in a simulation model of a stand-alone microgrid. The model consisted of two inverters supplying one common load with either virtual oscillator control or droop control applied. Both methods were set to function similarly in steady-state to ensure fair comparison on equal terms. The comparison was performed by developing time-step simulation models in MATLAB/Simulink as well as equivalent small-signal state-space representations. This way, both the steady-state behavior, the transient characteristics, and the robustness of the control methods were investigated.
One of the main differences between the control methods is related to the coupling strength between the inverters. This factor is inversely proportional to the impedance between the inverters and determines how strongly they affect each other. The analysis show that the droop controller is at its best when it operates without the inverters having a large influence on each other. When the line impedance was reduced the stability margin decreased, and when the impedance was one tenth of the base value the droop-controlled system became unstable. The virtual oscillator control, on the other hand, benefits from a tighter coupling as the system’s stability margin increases with a reducing line impedance. Furthermore, the virtual oscillator-controlled system was stable for all operating conditions tested in this work. Hence, the virtual oscillator control is a more robust method.
The increased robustness entails a lower voltage quality. Whereas the droop controller provides a pure sinus waveform as a reference voltage, the virtual oscillator control gives a slightly deteriorated voltage shape as well as an oscillating instantaneous frequency. Even though the virtual oscillator control was tuned to optimize its performance, the droop controller would still be a smarter alternative for the simulated microgrid as the voltage quality and the preciseness of the frequency and voltage control were better.
Therefore, if the microgrid has a high impedance grid, either due to a long distance between the units or because of a large resistivity, it has not been found sufficient grounds to choose the VOC over the droop control. On the other hand, if there is a strong coupling between the inverters, the virtual oscillator control would be the better alternative. | |
