Performance improvement of a diesel generating set with fuzzy control for stand-alone and grid-connected operations.

This paper proposes a management strategy for\ud a diesel generating set (GS) covering the mechanical part of\ud the system which includes speed and active power control,\ud the electrical part of the system which includes voltage\ud and reactive power control, and the synchronism with the\ud grid. The management is based on a fuzzy PD+I controller\ud structure which uses a fixed controller surface for all fuzzy\ud controllers (FCs). Simulations results for both stand-alone and\ud grid-connected operations using fuzzy controllers were superior\ud when compared to commercial methods (CM).FAPESP-2011/02170-

Multitask fuzzy secondary controller applied to autonomous AC microgrid operation

Esta tese trata do problema de controle de microrredes de corrente alternada (CA) operando segundo uma estrutura de controle hierárquica. O método de compartilhamento comumente utilizado em microrredes CA é o controle em droop para frequência e tensão, por não utilizar uma estrutura de comunicação entre os sistemas de geração distribuída (GDs). Entretanto, a estratégia utilizando controladores droop possui a desvantagem de operar com desvios de frequência e tensão, que devem ser corrigidos através de uma malha de controle secundária. Caso a microrrede opere conectada à rede de distribuição é necessário o chaveamento de uma malha de controle terciária, responsável por regular a potência injetada. Este trabalho propõe um controlador multitarefa secundário fuzzy (CSF) para microrredes CA. Atuando apenas no nível secundário, o controlador proposto deve possibilitar a operação isolada e conectada da microrrede, controlando as variáveis do nível secundário (tensão/frequência) e do nível terciário (potência ativa/reativa), simultaneamente, sem transitar pelos diferentes níveis do controle hierárquico. Testes de simulação foram feitos para dois tipos diferentes de microrredes, uma baseada em conversores CC-CA, com aplicações para disponibilizar energia provinda de fontes renováveis, e outra baseada em geradores síncronos, como sistemas de backup, a gás ou geradores diesel. Análises de estabilidade são apresentadas para mostrar que o CSF mantém a estabilidade dentro do intervalo de operação proposto para a microrrede. Por fim, resultados experimentais obtidos em bancada com uma microrrede baseada em conversores são mostrados para validar a operação do CSF e comparar com o controlador hierárquico convencional. O controlador proposto corrige os desvios da mesma forma que os controladores secundários convencionais, durante a operação isolada da rede, e permite o fornecimento de potência para a rede de distribuição na qual a microrrede está conectada, sem o chaveamento de controladores das camadas hierárquicas.This thesis addresses the AC microgrid control problem operating with a hierarchical control structure. A common method of sharing load is using frequency and voltage droop controllers as in this method there is no need to have communication links in the microgrid. However, the droop control strategy has a drawback which is to impose voltage and frequency deviations, that can be fixed through a secondary control loop. If the microgrid operates connected to the grid, there must be a switching to a tertiary control layer to regulate the injected power. This research proposes a multitask fuzzy secondary controller (FSC) applied to AC microgrids. Acting only in the secondary layer, the proposed controller has to allow the islanded and connected microgrid operation, regulating the secondary layer\'s variables (voltage and frequency levels) and the tertiary layer\'s variables (active and reactive powers), simultaneously, without switching among the hierarchical control layers. Simulations were carried out for two different kinds of microgrid, one based on power inverters, that can be applied to renewable power sources, and another one based on synchronous generators, like diesel backup generation systems. Stability analysis are presented showing that the FSC keeps the microgrid stable while operating within a given operation range. Lastly, a microgrid simulation test bed based on power inverters is presented to validate the FSC operation and to compare to conventional hierarchical controller\'s operation. The proposed FSC fixes the deviations in the same way than the conventional controllers, during the islanded operation tests, and allows the microgrid to inject power into the grid without switching to other controllers of the hierarchical structure

Terminal voltage control and reactive power of a powerplant diesel generator connected to the distribution network

Este trabalho apresenta uma estratégia de controle coordenado para potência reativa e tensão terminal de um grupo moto gerador (GMG) para uso em um sistema de geração distribuída (GD). A partir da construção de uma superfície fuzzy, baseada no comportamento do erro e da derivada do erro de uma malha de controle, foi realizada a sintonia de controladores fuzzy PD+I para potências ativa e reativa e tensão terminal. O controlador coordenado fuzzy PD+I ajusta automaticamente a tensão nos terminais da máquina e a potência reativa fornecidas à rede de distribuição. A estratégia coordenada é dada através de um parâmetro que regula a malha de potência reativa a partir do erro de tensão terminal, priorizando o ajuste da tensão e ponderando a malha de controle de potência reativa. Para avaliar o desempenho do sistema de controle, a GD é conectada a uma rede de distribuição e submetida a eventos como entrada e saída de cargas locais. O conjunto de cargas locais é composto por um motor de indução, uma carga RLC e um retificador trifásico não controlado. Sete cenários foram simulados para avaliar a estratégia de controle em diferentes regimes de operação do GMG. Resultados para tensão terminal, fator de potência e fluxo de potências entre o sistema, as cargas e a rede, ilustram a eficiência da estratégia de controle apresentada. A estratégia de controle coordenado para potência reativa e tensão terminal se mostrou capaz de melhorar os índices de fator de potência controlando o fluxo de potência do barramento em que a GD estava conectada, sem prejudicar a tensão terminal do gerador, mantendo a GD em limites seguros de operação.This work presents a coordinated control strategy to terminal voltage and reactive power for a diesel generation set used as a distributed gerenation system (DG). From desired control actions, a fuzzy surface was designed for fuzzy PD+I controllers. Fuzzy PD+I controllers automatically adjust the terminal voltage and the reactive power delivered to the grid. The coordinated control strategy weighs the control action for the reactive power through a variable parameter, prioritizing the terminal voltage adjustment. To illustrate the system control performance, the DG is connected to a grid dynamic model and the system is subjected to connection and disconnection of loads at the local bus. The local loads set was composed of an induction machine, a RLC load and an uncontrolled three-phase rectifier. Seven scenarios were simulated to evaluate the control strategy in different DG regime of operation. Results for terminal voltage, power factor and reactive power among the DG, the local loads and the grid, illustrates the control strategy efficiency improved the power factor by regulating the reactive power injected at the bus, maintaining the DG terminal voltage in safe operation limits

Model, design and implementation of a lowcost HIL for power converter and microgrid emulation using DSP.

In this study, the authors propose a method to implement a low-cost hardware-in-the-loop (HIL) system for power converters and microgrids design, test and analysis. This approach uses a digital signal processor (DSP) Texas Instruments as the HIL core. All the differential equations of the power converters are solved in real-time by the DSP and displayed in the digital-to-analogue outputs. Three different converters are modelled in this study: boost converter, single-phase inverter connected to the grid and three-phase inverter connected to the grid. Experimental results are obtained and compared to the HIL response. These results were made triggering the real converter and the HIL with the same open-loop pulse width modulation signal, showing high fidelity between the digital models over the real systems. In a second moment, a microgrid is modelled in the proposed HIL and tested with a closed-loop controller. The experiments show that the proposed hardware supports time steps as low as 1??s or 1?MHz update rate, depending on the model. The proposed technique has the potential to reduce testing time and cost, once commercial HIL devices such as Typhoon, dSPACE and RTDS have a significant cost, not affordable or available to all the research communit