Frequency robust control in stand-alone microgrids with PV sources : design and sensitivity analysis

International audienceIn this paper, a robust H-infinity control strategy for frequency regulation is proposed in isolated microgrids (MGs) composed of diesel engine generators, photovoltaic (PV) sources, and storage units. First, the linear matrix inequalities (LMI) method is adopted to design a multi-variable H-infinity controller which ensures given specifications. In a second step, uncertainties in the storage device state of charge (SoC) are considered and a sensitivity analysis is carried out in order to determine the maximum variation range of SoC for which the dynamic performances are respected. The controller's robustness and performance in the presence of various load disturbances, PV output power variations, and the SoC uncertainty are validated through a series of nonlinear time-domain simulations performed with MATLAB/Simulink.</p

On the Robust Control of DC-DC Converters: Application to a Hybrid Power Generation System

International audienceIn this paper a complete robust control synthesis is performed for a hybrid power generation structure composed by a Fuel Cell and a Supercapacitor. The control strategies are applied to the DC-DC boost power converters associated to each power source. Multivariable PI control with H∞ performance, H∞ full and reduced order controllers are designed and compared. The multivariable PI controller is designed through an optimization procedure based on solving some Linear Matrix Inequalities. A μ-analysis and frequency/time response performances results shows the advantages of the different proposed control strategies

Robust Optimal Control Strategies for a Hybrid Fuel Cell Power Management System

International audienceAbstract--In this paper several optimal control strategies are proposed for the power management subsystem of a hybrid fuel cell/supercapacitor power generation system. The control strategies are based on different control configurations involving the power converters associated to the hybrid source. Given certain desired performances, Linear Matrix Inequalities methods are used to solve the controller design problem that is written as an optimization problem with inequalities constraints. The solution to the optimization problem yields a simple PID controller with H∞ desired performance. For the several control strategies proposed, robustness is a primary issue. Time simulations and robustness analysis shows the effectiveness of the proposed strategies when compared with the classic control strategies used for this type of hybrid power generation system

Robust Control Analysis using Real-Time Implementation of a Hybrid Fuel Cell Power Generation System

International audienceIn this paper a complete robustness analysis is performed for a hybrid Fuel Cell/Supercapacitor generation system with power management, realized through the control of two identical boost power converters. For the closed-loop control a previously proposed multivariable robust control is considered. The robust control strategy analyzed consists of a multivariable Proportional-Integral controller found using an algorithm with a Linear Matrix Inequalities (LMI) formulation proposed by the authors in former works. The control actuators are the duty cycles of the boost power converters interfacing the Fuel Cell (FC) and the Supercapacitor (SC) with the system electrical load. The control effectively achieves stability and performance robustness for several considered parameter variations sets. Simulation results were obtained using µ-analysis theory and the experimental validation was achieved. The results obtained show the improvement of the system robustness with a strategy that can be generalized as a robust control methodology

Modélisation des courants induits dans les machines électriques par des systèmes d'ordre un demi

Nowadays, the perspective of embedded génération requires to corne back over the modelling of generative groups of various principles and power ranges (e.g. diesel, gas turbine or wind-turbine generators) in order to study the impact of their intégration on the dynamic behaviour of power Systems. The flowing of induced currents in electric machines, especially in the dampers or massive parts of large synchronous machines, imphes an increase in the order of the équivalent circuits used to model their frequency response. But physical meanings of the circuit paraineters are so often lost. Thus, the authors propose to go back over the modelling of induced currents, in order to define non-integer order équivalent circuits which would be closely linked with the conséquences of induced currents on the frequency response.La perspective de la production décentralisée nécessite de revenir à la modélisation fine des dispositifs électriques constituant le réseau, aux multiples principes de fonctionnement (moteur ou générateur, machines tournantes ou statiques, ...etc) et gammes de puissance. En effet, cet accroissement considérable de la taille des réseaux ne peut se faire au détriment de la sécurité des personnes et de la fiabilité des installations, La machine électrique n'est plus isolée et fait désormais partie intégrante du réseau électrique. C'est sur elle que portera principalement notre étude. La présence de nombreux harmoniques sur le réseau incite à disposer de modèles fréquentiels plus fins et valables sur une plus grande plage de fréquences. En outre, l'étude des réseaux sera facilitée si la matrice d'état du système est de taille raisonnable, autrement dit si le modèle comporte le plus petit nombre de paramètres possible. L'objectif premier de ce travail présenté dans ce mémoire est d'améliorer les modèles classiques des machines, en tenant compte de phénomènes physiques liés à la variation de fréquence, comme l'effet de peau. Ceci impose de partir des équations de Maxwell, décrivant tout phénomène d'induction et de remonter au schéma équivalent de la machine. Cette amélioration des modèles repose sur l'utilisation d'un outil mathématique récemment appliqué à d'autres domaines scientifiques : la dérivation non entière

Modélisation et commande de systèmes électriques : de leur structure optimale à leurs performances dynamiques

Les systèmes d'énergie électrique embarqués ou semi autonomes connaissent des évolutions marquées. Parmi elles, on peut citer l'introduction massive d'électronique de puissance permettant d'améliorer significativement les performances via leur commande et l'interfaçage de sources de stockage. A contrario, de nombreux problèmes se posent lors du dimensionnement et du choix de l'architecture de commande du système : quelle stratégie de gestion énergétique doit-on mettre en œuvre au préalable pour optimiser les flux et le dimensionnement des sources ? Quelle commande permet d'intégrer à la fois des critères de performances dynamiques, de stabilité et de robustesse vis-à-vis des incertitudes paramétriques inhérentes à un processus de dimensionnement ? Enfin, quels outils et modèles doit-on mettre en œuvre pour garder un lien fort entre paramètres du système et critères de performances tout au long de ce processus ? Les travaux présentés dans ce mémoire proposent des premières réponses à ces questions, via l'utilisation de techniques de commande avancées comme la commande optimale ou la commande robuste. Des outils originaux de modélisation, basés sur les systèmes d'ordre non entier seront également présentés pour la modélisation de dispositifs diffusifs (machines électriques, générateurs électrochimiques) ou modélisés par des équations aux dérivées partielles

Modélisation des courants induits dans les machines électriques par des systèmes d'ordre un demi

Nous constatons actuellement un accroissement considérable du nombre d'actionneurs et de sources d'énergie mis en réseau. Les projets d'avions ou de navires tout électrique illustrent parfaitement cette tendance. D'un point de vue général, l'accroissement de la taille d'un réseau ne peut se faire au détriment de la sécurité des personnes et de la fiabilité des installations. Ceci amène à analyser précisément les interactions entre les différents dispositifs d'un même réseau. Il est alors nécessaire de disposer de modèles fréquentiels plus fins et valables sur une plus grande plage de fréquences. L'objectif de cette thèse est d'améliorer les modèles fréquentiels des machines électriques, dispositifs au coeur des systèmes. Cette étude est en rupture totale avec les représentations habituelles puisqu'elle est basée sur l'utilisation de l'outil mathématique de dérivation fractionnaire dans la résolution des équations de Maxwell, équations à la base de tout dispositif électrique. Le travail a permis d'établir des schémas équivalents de machines synchrones et asynchrones, compacts et fiables sur une grande plage de fréquences. Par ailleurs, ces schémas constituent des véritables modèles de connaissances des machines puisqu'ils prennent en compte l'effet de peau, la température et la saturation magnétique.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF

Half-order modelling of electrical networks Application to stability studies

International audienceThe fractional order systems has been used successfully to model in frequency domain the development of induced currents in electric machines, especially in the dampers or massive parts of large synchronous machines. The objective of this work consists in extending the field of application of fractional order models for small signal stability studies of an electrical network

New modelling of electrical power networks using fractal geometry

International audienc

H infinity controller design for Primary Frequency Control of Energy Storage in Islanding MicroGrid

International audienceFor the frequency stability of microgrids assumed with storage devices, droop frequency control is generally applied for primary frequency control. However, the transient response of frequency is not quite good without any control of its performances (overtaking, time response). Moreover, many storage devices can be installed to guarantee microgrid stability, and a more centralized control may be interesting to coordinate the participation of each device. A Hinfinity controller is then proposed to improve the transient response and the robustness against any small disturbance of the frequency. A model is first proposed in accordance with the global formulation of H infinity control. Then, control specifications are defined in the frequency domain by definition of weighting functions. Finally, simulations of the system with H infinity controller allow verifying that the transient frequency response respects dynamic specification