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-

Study and analysis of anti-Islanding algorithms used in distributed generation systems connected to the grid

Este trabalho aborda a detecção da condição de ilhamento e de seus impactos em redes de distribuição e em gerações distribuídas que empregam conversores CC-CA. Na literatura são encontradas dois grupos de técnicas para este tipo de aplicação. As técnicas passivas, que identificam a condição de ilhamento através do ajuste dos limites de variação dos relés de proteção, e as técnicas ativas, que inserem um sinal de realimentação positiva de forma a tornar o sistema instável no momento da desconexão. As técnicas ativas, por apresentarem um menor tempo de detecção e simples implementação em hardware, são preferencialmente utilizadas, apesar da injeção de distúrbios no sistema de controle da geração distribuída. O estado-da-arte em termos de detecção de ilhamento consiste em desenvolver uma técnica que possua alta capacidade de detecção, porém sem injeção de distúrbios no sistema de geração distribuída quando conectado à rede de distribuição. Neste trabalho, são abordadas duas formas para a redução da injeção de distúrbios e do tempo de detecção. Em uma primeira abordagem é proposto um projeto ótimo para o algoritmo de sincronização PLL (phase-locked loop), o qual permite a redução do ganho de realimentação positiva para técnicas em frequência e, consequentemente, a redução da injeção de distúrbios. Em uma segunda abordagem é utilizada a metodologia fuzzy de forma a garantir a detecção da condição de ilhamento sem nenhuma injeção de distúrbios no sistema de controle. Resultados de simulação e experimentais, obtidos por meio de uma bancada experimental controlada por DSP, são apresentados para validar as propostas presentes nesta dissertaçãoThis thesis deals with the islanding detection and its impact on distribution networks when distributed generation systems are driven by DC-AC converters. Two groups of techniques are found in the literature. The passive techniques in which adjusting the variation limits of protective relays identify the islanding condition, and the active techniques that insert a positive feedback signal in order to make the system unstable when the contingency is on progress. The active techniques present a reduced detection time and simple hardware implementation. They are preferably used in despite of the injection of disturbances in the control system. In this thesis two ways to reduce injection of disturbances and detection time are proposed. In a first approach is shown an optimal design for the synchronization algorithm PLL (Phase-Locked Loop) which allows to reduce the positive feedback gain in frequency techniques in order to decrease the injection of disturbances. In a second approach a fuzzy methodology is used to ensure the islanding detection with the aforementioned requirements. Simulation analysis and experimental results are presented to validate the proposed approac

Contribution to the management and control of fuel cells and energy storage devices to operate in distributed generation

A presente tese busca desenvolver uma metodologia para o gerenciamento e controle de uma geração distribuída que utiliza como fonte principal células a combustível do tipo PEM (Proton Exchange Membrane). A finalidade do trabalho consiste em analisar, controlar e gerenciar a operação da célula a combustível (CaC) nas operações ilhada e conectada em relação à rede de distribuição. Nos primeiros capítulos do texto é elaborada uma revisão acerca do princípio de funcionamento e do modelo da CaC. Após este estágio inicial, são analisadas e modeladas as estruturas dos estágios CC e CA que compõem a geração distribuída. Para o modo conectado é desenvolvida uma estratégia para o controle da tensão do link CC que, a partir da regulação da corrente do estágio CA, permite o gerenciamento da potência fornecida pela CaC. Sequencialmente ao texto e com a adição do estágio de armazenamento de energia, é apresentada uma proposta que vincula a dinâmica da CaC com a estrutura de gerenciamento do estágio CC e CA. Esse fato garante que a alteração do ponto de operação da CaC seja descrito conforme uma dinâmica predeterminada, garantindo assim que transitórios não sejam absorvidos pela CaC. Como parte final da tese, é desenvolvida uma estratégia para a inicialização da CaC, a qual associa o próprio comportamento da célula e o estágio de armazenamento de energia. Os resultados apresentados ao longo do texto mostram que as estruturas propostas tornam a CaC menos sensível a transitórios de carga, além de serem capazes de deslocar (gerenciar) o ponto de operação da célula. Ao final de cada capítulo, são apresentados resultados experimentais e de simulações que auxiliam o entendimento e suportam as propostas do trabalho.This thesis proposes a methodology for management and control of distributed generation with a Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) as the main source. Additionally, the analysis of performance is used when the PEM fuel cell operates in two different operation modes, i.e. in grid-connected and stand-alone modes. In the first chapters, a review of main features and a mathematical model of fuel cells are presented. Sequentially, the theoretical models of the DC- and AC-power converters are analyzed. For grid-connected operation mode, a strategy based on the DC-link voltage control is proposed via current regulation of the AC stage affording thus the management of the power produced by the fuel cell. Additionally, with the use of the storage devices, a proposal that associates the dynamics of the PEM fuel cell with the DC and AC stages is shown. This fact ensures that the movement of the fuel cell operating point is described within a predetermined dynamic, ensuring that transients are not absorbed by the fuel cell. Finally, a strategy for the startup of fuel cell in association with the energy storage stage is developed. The results show that the proposed structures makes the cell less sensitive to the load transient, in order to move (manage) the fuel cell operating point. At the end of each chapter, experimental and simulation results are presented to support the proposed approach

Voltage gain analysis of the interleaved boost with voltage multiplier converter used as electronic interface for fuel cells systems.

The connection of low power renewable energy sources, such as fuel cells, to the distribution generation system requires power electronics structures with high voltage gain, high capability to power processing and consequently, high levels of current flowing through the dc/dc converter. In this context, this study analyses how the parasitic resistances of the passive components and the load power demand affect the dc/dc converter voltage gain. Taking into account the mathematical model, the boundaries of operation of the Interleaved Boost with Voltage Multiplier converter is determined through a set of equations and by means of a graphical analysis. The theoretical analysis, simulations and experimental results are used to validate the proposed approach presented in this study

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