Control of electrical networks: robustness and power sharing

Dankzij technologische en maatschappelijke ontwikkelingen verandert het stroomnetwerk in hoog tempo. Aan de ene kant willen steeds meer mensen groene energie, die afhankelijk is van zonlicht, wind en andere factoren, waardoor de toevoer van stroom wisselvalliger wordt. Aan de andere kant zou de opkomst van slimme elektronica en elektrische voertuigen met grote batterijen er in theorie voor kunnen zorgen dat het netwerk die wisselvalligheid kan opvangen. Dit boek introduceert regelalgoritmes om dat te doen, en manieren om te evalueren in hoeverre zulke regelaars effectief en veilig zijn. Het eerste deel behandelt twee bestaande regelalgoritmes voor het wisselstroomnetwerk, de 'distributed averaging integral controller' en de 'leaky integral controller'. Het introduceert een manier om te meten hoe snel een stroomnetwerk met regelaars herstelt van verstoringen, en in het verlengde daarvan, in hoeverre het netwerk ongunstige invloeden van buitenaf kan weerstaan, zoals meetfouten en communicatieproblemen. Het tweede deel introduceert nieuwe regelalgoritmes voor gelijkstroomnetwerken. Zulke netwerken worden op dit moment bijvoorbeeld gebruikt op schepen, en zijn ook geschikt voor gebruik in micro-grids: kleinere netwerken die onafhankelijk van de rest van het netwerk kunnen functioneren. Deze regelaars zorgen dat het stroomnetwerk stabiel is, en verdelen daarnaast de behoefte aan stroom op een eerlijke manier over de generatoren

A power consensus algorithm for DC microgrids

A novel power consensus algorithm for DC microgrids is proposed and analyzed. DC microgrids are networks composed of DC sources, loads, and interconnecting lines. They are represented by differential-algebraic equations connected over an undirected weighted graph that models the electrical circuit. A second graph represents the communication network over which the source nodes exchange information about the instantaneous powers, which is used to adjust the injected current accordingly. This give rise to a nonlinear consensus-like system of differential-algebraic equations that is analyzed via Lyapunov functions inspired by the physics of the system. We establish convergence to the set of equilibria consisting of weighted consensus power vectors as well as preservation of the weighted geometric mean of the source voltages. The results apply to networks with constant impedance, constant current and constant power loads.Comment: Abridged version submitted to the 20th IFAC World Congress, Toulouse, Franc

Robustness to noise of distributed averaging integral controllers in power networks

We investigate the robustness of distributed averaging integral controllers for optimal frequency regulation of power networks to noise in measurements, communication and actuation. Specifically, using Lyapunov techniques, we show a property related to input-to-state stability of the closed loop system with respect to this noise. Using this result, a tuning trade-off between controller performance and noise rejection is highlighted. (C) 2018 Elsevier B.V. All rights reserved

Exponential convergence under distributed averaging integral frequency control

We investigate the performance and robustness of distributed averaging integral controllers used in the optimal frequency regulation of power networks. We construct a strict Lyapunov function that allows us to quantify the exponential convergence rate of the closed-loop system. As an application, we study the stability of the system in the presence of disruptions to the controllers' communication network, and investigate how the convergence rate is affected by these disruptions. (C) 2018 Elsevier Ltd. All rights reserved