Distributed SOC-weighted droop control in DC microgrid

Abstract

Når verden går inn i en ny æra med raskt teknologisk utvikling og stadig økende energibehov, er oppbygningen av det tradisjonelle kraftnett og dets tilknyttede energiproduksjon ikke tilstrekkelig for å opprettsholde standardene for å sikre et effektivt, pålitelig og bærekraftig elektrisk nettverk for morgendagens behov. Ny teknologi og et skifte mot fornybare energikilder som et alternativ til tradisjonelle fossile brennstoff betyr at andre faktorer enn før plutselig påvirker som påvirker sammensetningen av kraftnettet.

Mikronett er et av alternativene som kan gi løsninger på mange av de kommende utfordringene som ligger foran oss i fremtiden. De har mange anvendelser, som enkel tilkobling av lokale fornybare kilder, lavere energikostnader i kraftmarkedet og mer pålitelighet i strømforsyningen. I tillegg kan de gi gode energiløsninger til områder som ikke har et utbygd kraftnett, spesielt i mange land som fortsatt jobber mot å bli mer industrialiserte. Mikronett er imidlertid ikke bare fordelaktige. De kommer også med en rekke utfordringer som må overvinnes for å realisere deres fulle potensial.

Denne masteroppgaven vil først gi en oversikt over dagens kraftoverføringssystem og de målsetningene som er satt for fremtiden. Deretter vil den utforske konseptet rundt mikronett (MGs) og deres sentrale aspekter. Hoveddelen av oppgaven, basert på arbeidet til [15], vil fokusere på å designe en kontroller som kan opprettholde balanse og korrekt operasjon rundt et stabilt punkt i et lavspennings mikronett. Dette mikronettet vil bestå av busser, PV-generatorer (solcelleanlegg) og energilagringsenheter (ESUer). Kontrollstrategien vil bruke en distribuert tilnærming for å balansere ladningsgraden (SOC, state of charge) for hver ESU-enhet, sikre kraftdelingen i systemet på bakgrunn av denne og opprettholde tilfredsstillende spenningsnivåer ved hver buss.

As the world enters a new age of rapidly advancing technology and increasing energy de- mand, the structure of traditional power grids and energy generation is no longer sufficient to ensure an efficient, reliable, and sustainable electrical network for the future. The shift towards renewable energy sources as alternatives to fossil fuels introduces new factors that impact the composition of the power grid.

Microgrids present a viable solution to many of the upcoming challenges. They offer numerous benefits, such as the seamless integration of local renewable sources, lower energy costs in the power market, and a more reliable power supply. Additionally, they can provide effective energy solutions in areas without a well-developed power grid, particularly in many developing countries. However, microgrids also pose several challenges that need to be addressed to make them a large-scale feasible alternative.

This thesis will begin by providing an overview of the current state of power transmission systems and the goals for their future development. It will then explore the concept of microgrids and their key aspects. The main focus of the thesis, building on the work of [15], is to develop a controller capable of maintaining equilibrium or steady-state operations for a low-voltage microgrid with buses, loads, PV generators, and energy storage units (ESUs). The control strategy will employ a distributed control scheme that focuses on achieving a global consensus that balances the state of charge (SOC) of each ESU agent and maintains power sharing whilst also ensuring satisfactory voltage levels at each bus