In te r n ation a l Jou rn al  o f Po we r  Elec tron ic s an d   D r ive S y stem  (IJ PED S )  V o l.  10, N o.  1, Mar ch 20 19,  p p.  530~ 5 3 7   IS S N : 2088- 86 94,  D O I :   10.11 59 1 /ij ped s . v10 . i 1.pp 5 30- 53 7           530     Jou rn a l  h o me pa ge :  ht tp: //i a e score . com / j o u r na l s / i n d e x . p hp/IJ PED S   Droop c ontrol te c hnique for equ al power sharing in islanded  microgrid       A .  W .   N .  H us n a 1 ,   M . A .  R o sl an 2 ,   M .   H . Mat 3   1 Cent re of  Excellen t  f o r  Renew able   E nerg y,  S choo l  of  E lectri cal  Syst e m s E n g i neeri n g,   Universiti  Mal a y s ia  P erlis, Malaysia   2 School  o f Electrical  S y s te ms   E n g ineering,  U ni ve rsiti Malays i a   P erlis,   Mal a ysia    3 Cent re  f or  D ip lo ma  S tudies ,   U n i v ersiti  M a l ay si a   P e rlis, M a l a ysi a      Art i cl e In fo     ABSTRACT  A r tic le hist o r y :   R e c e i v e d  Sep  1 7 ,  2 018  Re vise d N ov  2 9 ,   201 8   A c c e pte d   D ec 14,  2 0 1 8       Th is   p aper  p res e nt s  a  dro o p   co nt rol  t echn i qu e  f o r  equ a l  po wer  s ha ring   i n   islan d ed  m i c rogrid.   In  t his   st udy,   t he  p ro po sed  cont roller  is  b as ed  o n  th e  f r equ e ncy  dro op  m e th od,   i s   ap p lied  to   a   r o b u s t   dro o p   co ntro ll er   i n  pa ra lle l  con n ect ed  i n v ert e rs .  The  p r evio us   r obu st   d roo p   c on tro l ler  d eals   w it h   vo lt ag e  d r oo p  m e th od .  A  m o d i fic a tio n  h a s  b e e n   f orm e d  a g a i n s t  thi s   c on tr oller  by  add i n g   a   f u zzy  l ogi c  con t ro ll er  w ith  t he  freq u en cy  d roop   m eth o d .   Th e  only  sharing  error  which  is   c on centrat ed  i n  this  p aper  i s   th e  error  in   s ha rin g   t he   rated   f r eq uen c y   am ong   t h e   i nv erters.   By   a dapt ing  f u zzy   i n  t h e  r obu st  d roo p ,   it  t r ies  to  e li mi n a te  t he  f requ enc y   e rror,  h en ce  th at  t h e   f requ ency   r ef erence  o f   the  inver t ers  keeps  ma inta in  a t  5 0 Hz. A  d erivation of g enerali z ed m o d els of  a  si ngle-p h ase  paral l el-co n n e c t ed  i n v erter  sy st em   i s  s h o w n .   T h e   s im ulati on  results  s how   tha t   t he  p roposed  co nt rol l er  w it h   F L C  is  a bl e  t o   i m p rove  t h e   st abili t y  o f   f req u en c y   r ef erenc e   a n d   t he  p erf o rm ance  of   p ow e r   s ha r i n g   bet w een  t h e  in v erters  un d er t he i n d uct i ve li n e im p e dan c e.   K eyw ord s :   Fu zz y   co nt rol   Rob u s t  dro op    Islan d ed  m ic ro gri d   Pa rallel-c o nne cted  i n v e r ters   P r op or tio na l  l o a d  shar i ng   F r equenc y   re gu la tio n   Re duc t i on  b l oc k   Co pyri gh t © 2 019 In stit u t e  of Advanced  En gi neeri n g  an d  S c ien ce.   All  rights   res e rv ed.  Corres pon d i n g  Au th or:   A . W.N. H usna,     Ce ntre  o f Exc e lle n t  for  R e n e w a b l e  Ene rg y,    S c hoo l   o f  Ele c t rica l  S y stem s En gi neer ing,  U ni versi t i Ma lay s ia  P er l i s,   P a uh P u tra   Cam pus,  0260 0  A r au,   P e rlis,  M a lay s ia .   Em ail:  nur ulh u s na. a w b @ g m a il.c o m W       1.   I N TR OD U C TI O N    Ad v a n c e d   d e v e l op ment   o f   di st ri but e d   g e n era t io n   (DG )   u nit s   i n   ma ny  c o unt ri e s   nowad a y s  h a s  attrac ted   m o st  r esea rche rs  i n   all   over   the   w o rl d  due   t o   the   ava i l a bil i t y   o f  di ff ere n t   en erg y   r esou rc es   s u c h  a s   p hot ovo lt ai c   pan e ls,  f u e l   c ells,  an d   w i nd   t urb i n e s   [1 ].  T h r o ugh   t he   c onc ept   o f   a   m i c ro gri d   w h i c h   i s  t h e  be st   op tio n  to  r ed u c e   a   depe n d e n cy  o n  the   loca l   uti l i t y,   c ons is ts  o f   a t   leas t  o n e  D G ,   e ne rgy   stora g e   de vic e s   a nd   assoc i ate d   l oa ds.   M i cro g ri d   w i t h   t w o   m ode   oper a tio ns   e ither   i n  gri d   c on nec t e d   o r  isla n d ed ;  ha s  be e n   con s i d ere d   a s  one   o f  t h e  no m i ness  t o   s up por t  smo o t h   in sta lla t i o n  o f   D G s   a s  the   i n s t a l l a ti on   o f  ma ny   D G s   itse l f  c o u l d  be   h arm f u l   t o  th e  pow er  q u a lit y  o f   u ti li ty  p o w er  s ystem s   [ 2] –[4].   A   de t a ils  c orre l a tio n  be t w e e n   mic r ogri d   a n d   D G   alrea dy  di sc o v ere d   b y  P i ng  e t   a l  [5].   B a s i c a l l y,  m i c rogri d   c o n tro l   i n   an  i sla n de d   mode   i s   mor e   c omple x   t ha n  gri d   c o n n ec te d  m o de.   The  vo l t a g e  an d  fr e que nc y  of  t he  m icr ogr id   a re   s up por t e d   b y   t he  ma in  g ri d  if  i n   the   gri d   c o n n ec t e d  mo de .  In  c on trast,  t h e   v o l t a ge   a nd  fre que nc y  c o n t r o l   a n d  eve n   pow e r   ma nage me nt  p roce ss  w ill  be  g e n era t e d   b y  D G   uni ts  i n  is l a n d e d   m o de.   The   oc curre nc e  of  pow er  m i s m a tch  betwee n  t h e  DG  a nd  t h e  loa d   w il l   lead  t o  the  u nba la nced   a ll o w ed   v a l ue   o f  t h e   loa d   v olta ge   a nd  fre que n c y   dev i a t i o n  as  w ell  as  uns ta bl e  beha v i o u rs  e spe c ial l y   t he  e x i s t en ce   o f  c i rc u l a t i n g  cur r en t.  T h u s,   i t  i s   n ec e ssary  t o   h a v e   a   goo d  c o nt roll er  t o   su ppo rt   v ol t a g e   a n d   f r equ e n c y   st ab i lit y  as  w e l l  a s   s ui ta bl e  p o w er   s ha rin g   a mong   D G   units  i n is l a nde d  mode  o p e r a tion  [6].    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst     I S S N :   2088- 86 94       D r oo p c o n t r o l te ch n i que  f o r e qua l  power  sh ar in g i n  isl a nd ed m i c r o g r i d (A . W. N. H u sna)  53 1 The   e s se n tia l  o b jec t iv e  of  a n   i s la n d e d   m o d e  i s   t o  kee p   u p   pr eci se  p ow e r   s h a rin g   a mo ng   v ario us  D G .   Whe n e v er  t he   opera t i o n   o f  mic r ogri d   s h i f t ed  t o  isl a n d   m ode ,  e l e ctric   p o te nt ial,   E   a nd  fre que nc y,   a r e   con s i d ere d   t o  be   m ai nt a i ne d  w ith  s e v era l   i n v e r ters  w or k i n g   i n  p ar al l e l  a nd  shar in g  the  loa d .   The s e   in ve rters   ac t   in  r eg ula t ing  t h e   v o lta ge ;   am pli t u d e  a nd  freq ue ncy,  i ns tea d   o f  di ffe rent  m ode  o f  opera ti o n   l ike   ot her   conver t e r  [7];  b es i d es  p roviding   t he  r e q u i re d  c u rre nt  n ee de d.  H ow eve r ,  the  iss u e   of  p o w er   qual i t y   [ 8]   t hat   con t ri b u te d  b y   t he  e x i s t enc e   o f  tra n sie n t  cir c ula tin g  curr ent  i n  l i n e  imp e dance   [ 9 ]  w ill  lea d   t o  the  s y ste m   in sta b il i t y,   t h u s   c an  h arm f ul   t he  i n v erter s   [ 1 0 ]  d u e  to  m ism a tc h  of  t he  o u t p u t   v o l t a ge.   In  a n  is l a nde d   mic r ogri d ,  loa d s  m u st  b e   pro p e r l y   s ha red  b y   m ul t i p l e  D G   un its.   G e nera l l y,   t he  c o n t rol  te chn i que s  for  para lle l   opera tio n  o f   i nve r t ers  i n   i s l ande d  m i cr ogr i d   ope rat i o n   c a n   b e  s p l it   i n t o  tw o  c a t e g o r ies;  d ro op  c o nt r o l   tech n i q u es [1 1] ,   [12] a nd ac tiv e   load s ha rin g  t echn i que s  [1 3],  [ 14].     D r oop   c o n t r o l  is   t he   c om mo n  c o n t ro l  t h a t   w i d e l y   u s ed   i n   mic r ogr id   d u e   t o  n o   d epe nde nme n t  o n   com m unic a t io n  a m o n g   pa ra l l el-c onne c t ed   i nver t e r s  t h us  m a k i n g  i t   h ighl y  mo dul a r   a nd   r el i a b l e   [1 5 ] – [ 17 ].  I t   is  a pp l i cab le  w hen  tw o  or  m or e  in ve rters   a r e  app lie d.   G ene r all y ,   i t  d e t e c t s  t h e  o u t p u t   p o w e r   a s  a  f e e d b a c k   para me ter  w h il e  t h e   de via t io n   of  D C  v o lta g e   i s  co n t r o l l e d   i n  pr o por tio n  to  t he   o u t p u t   p ow e r .  Typ i c a l ly,   the   vo lta ge  d r o o p   c on tro l   r esu lts  i n  p oor  r eac tive   pow e r   s h a r i n g   w h il st   t h e   f re qu en c y   d roo p   c o nt rol   a l wa ys  ac hi e v es   a c c u ra t e   r ea l  pow e r   s hari ng.   I t   is  d ue  t o  the   di ffe r e n t   offse t s  of  l oca l   l oa ds  a s  w e ll   a s  the   mis m atch   in f eeder  impe d ance s.   Th is  p a p er   s e e ks  t o  ex pan d   t he  m e t h o d   of  r ob us t  dro o p   p r e sen t ed   i n  [ 18]   by  ada p t e d  w ith  f re que nc y   con t ro l i n stea d   of t he  v olta ge c on t r o l   u s i n g   f uzz y  l o g i c  c on t r o l (FLC).  It w ill re tai n  t he fr e que nc y refere nce  of  50  H z   i n  pa ral l e l-c o nnec t e d   i nver t e r s  us in g  i n d u c t i v e  l i n e  i m pe dance .   T h e   c on tro l   a p p ro a c h  prese n t e d  by  t h e   prev io us  a ut ho r   a pplie d  Q −   a nd  P   − E   d roop  t o   t h e   r e s i s t i v e  l i n e   i mp ed a n c e   wi th   s wit c hin g   acti o n   o f  p u l s e - w i d t h  m o d u la tio n  (P WM )   t o   i m p rove   t h e   s trate gy  tha t   w or ks  f or   g r i d- con n ec te d  a ppl i c a t i o ns  v ia   a d d i n g  a  u n i t   t o   r egul a t e  t h e   lo ad   vol t a g e .  In   t h i s  wo rk ,  an   F LC   i s  a d j u st ed   t o   t h e  ro bu st   c o n t r ol   b y   put ti ng   t h r oug h   th e  fre que nc y  dro o p   prec i s e l y   i n te gra t ed   i n   Q − .   P r ac ti c a ll y,  t he   ope ra ti o n   o f  the   co n t ro ll e r   i s  ro b u s t   a ga in s t  loa d   p er tur b a t ion   an d  e v e n   a n  em erge nc y  c i r c um sta n c e   s u c h  as   d i sc on ne c tio n  of   D G   u n i t   a nd  t h e   pro pos ed   con t ro l l er  i s   a c tua l l y   b ei n g   de si gne d  for  freque ncy  c o n t r o l   ind e e d .   The  pa ral l el -c on necte d   i n v e r ters  inc o rp ora t e   w i th  a   p r o p o rt io na l - reso na nt  c ontr o l l er   ( P R )  and  s i n u s o ida l   pul se- w i d t h   m odu la tio n  (SP W M)   in ste a d   o f  pr opor t i o n al-i n t e g ra l   (PI )   a nd  P W M  i n   t he  i s l ande d  m icro grid.   V a r i o u s  si mula ti on s  ha v e   b ee n   take n  o u t   to  v e r ify an d  ana l y s is  t he c apab i l i t y  of t he  p ro po s e d  c on tro lle r a g ai nst  the   robu st dr oop  co n t ro ller.       2.   S Y S T EM   C O N F I GU R A TI O N   O F   P A RA LL E L - C ON N E C T ED   I N V E R T E R   I n   t h i s  sec t io n   w ill  e x pl ai n  i n   d eta i ls  o f  c o ns truct i on  of  s i n g l e -ph a se   f ull - b r id g e   i nv e r ter  a n d  th e  para l l e l -c on ne c t e d  i n v erte rs use d  i n   t he sim ul a tio n.    2.1.   Mo d e l o f   s i n g l e-pha se  i nv erter    The   s i ng le-p ha se   i nver t e r   i s  a n   e lec t r o n i c   c i r c ui t  t h at  e na b l es   a   v olta ge  t o   be  a pp l i ed  acr o ss  a  l o ad  i n  eit h er  d ire c t i o n .   It  c an  b e  si m p l i fied  j u s t i f i e d   w ith  a   s wi tc hi n g   s c h em e  of  f u l l- br idge   c on verte r .  Typ i ca l l y,   i t   con s is t s   o f  a  D C   p o w er  s ourc e ,   a nd  a  brid ge - t y p e   i nve r t e r   w it h   LC L   f ilte r   as  s how n  in  F ig ure  1.   T he   i n v er ter  is  a   d e v ice  w h i c h  c o nve rts  a  D C   i np u t   s up p l y  v o lta g e   i nto   symm e tric al  A C   v o l t a g e  b a se d  on  the  m o du la tio n   signa l   fr om the   S P W M   m odu l a ti o n . The ind u c t a nce ,   r esis t a n ce,   a n d  c a pac i t a nc e are   r e pre s e n te d  b y   L f ,  R f , and   C f .   The  l i n e  i m pe dance   rep r esente d  R line   a nd  L li n e   b e t w e en  t he  i n v er te r  and  t h e  l o ad  i s  the  e q ui vale nt   impe da nce   d u e   t o   c on nec tin g  l i nes  or c abl e s.           F i gure  1.  B l o c k   d i a gram  of an  i nve rter       2.2.   Pa ra ll el -c o n nec t ed  i nv e r te r    Thr ee  para lle l - con n ec t e d  i n v e rter s  are   used  t o  fil l   i n  t h e   m i cr ogrid  c on fig u rat i o n   a s  dep i c t ed  i n     F i gure   2.   T h e   m ode l  o f   p a r al lel-c onne c t ed   i nver t er s  is   a   n ec ess ary  in   o r d er  t o  a p pl y  d r oop  m e t h o d   i n  th e   syste m .   Pr evio us l y ,   a  co nv en ti ona l  PI   c o n tr ol ler  is  u se d  w i t h   t he  v olta ge   f e e d b ac k  lo op   [ 1 3 ]  t o   r e g u l a t e  t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st, Vol. 10,  N o.  1, Mar c h 2 0 1 9   :     53 0 –  53 7   53 2 ou p u t  vo lta ge .  The r efor e,   i t  is  s e n s i b l e  t o   u se d  P R   c on tr olle r  in st ead   o f   PI  c o n t r ol l e r  d u e   to   i t s   s up erio r   perform ance   i n   te rms  of  l e s s  stea dy-s t a t e  er ror,   good  dy na mic  r espo nse,  a s  well  as  i t s   c apab i lit y  in  r e duc in g   st e a dy-s t ate   de via t io n  of  f re q u e n c y   a nd  am pl itu de  [ 1 9 ].   I n  orde r  t o   e ns ure   in- phase  s im il a r i t y  of  t he   o u t pu t  vo lta ge   o f  eac h  in ver t e r ,  t h e  sam e   v o lta ge   r efere n ce  is  u se d,   0 V .   P R   c o n t r o ller   ga in  t he   f e e dbac k   v a l ue s  o f   ou tpu t   v ol ta ge   a n d   c urrent  from   t h e  in ver t e r ,  t hus,   gene ra t e   a   pr ope r  c o n t r o lle d  si gna l   be fore   t ra nsm itte d  to   S P WM.  Then,   S P W M   used   t o   pu t  thr o u g h   t he   s w i tc hi n g   p roc e ss  a n d   pa ss  a   p rac tic al  c o n d it io n  of  t h e   mic r ogri d .  Th e  a c t i ve  a nd  rea c ti ve  p ow e r   o f  ea c h   i nver t e r   i s  o b ta i n ed   b ase d   o n   t h e   vo l t a g e  an d  c u rrent   me asure m e n t   aft e r  filter i n g ,   late r  w i ll  be  f e d   t o  t h e  pro pos ed  c o n t r o ll er   b loc k   t o  prod uce   new   va lue  of  reference volt a g e,  V re f   and  an gu l a r  freque nc y,  i   which  will  be led  t o  propor tiona l power   s h aring.        Lo ad PR SP W M + - V o i re f + - + + V o D r oo p  C ont r o l V o l t ag e  C o nt r o l l er In v e r t e r Io IL PR SPW M + - V o i re f + - + + V o D r oo p  C ont r o l V o l t ag e  C ont r o l l er In v e r t e r Io IL PR SPW M + - V o i re f + - + + V o D r oo p  C o n t r o l V o l t ag e  C ont r o l l er In v e r t e r Io IL     F i gure   2.  P arallel-c onne c t ed  i nve r t ers  i n   m ic rogri d  c onf i g ur ati on       3.   CONT ROL S C H E ME  3.1.   R ob u s t   d r oop   c on trol   A s   p re sente d   i n  [1 8],  the  q u a n ti tat i ve  a na l y s i s  of  t he   e rr or  i n   p ow e r   s harin g   h as  b ee n  c a rr ied  o u t   by   the   au t hor.  F r om   t he  p a p er,   t h e  sha r i ng  e rror  w h ic h  is  f rom   the   e r r o r   i n  m e a s u r i n g   t h e   l o a d  v o l t a g e  i s   c a r r i e d   o u t   t o   a d a pt   t o   th e   robu st   d ro op   m e t hod .  In   p ra ct i c e,  w h e n   t h er e  are   e rrors  i n  t h e  v o l t age   m e a s u r e d ,  a  fu n d am enta l  tra d eo ff  b e t ween  t he   v olta ge   d rop  an d  t h e  s h ar i n g  a cc urac y  appea r s  t hus  w il l  lea d   t o  th e  er rors  in   p r o p o r t i ona l   l o a d   s ha ri ng.  U nsi m i l ar  w i t h   t h e   c on ve nti ona l   d roop   c on t r o l ,  t h e   au th o r   p ropo se d   a   ro bu s t   dro op  c o n t ro l l e r   by  i m p l em ent i n g   Q −ω   a nd  P  − E   d r oop  a n a l ysis  a nd  R M S   vo lta ge   s e t - p o i nts  for  t h e   in verter s  t h ro u gh  vo lta ge  d ro op.  I n  or der  t o   m a k e  sure  t hat  the   v o l t a g e   r em a i ns  w it hin  a   c e rta i n  re qu ired  range ,  the  loa d   v o lta ge  d ro p  E * − V o   n ee d s   t o   be  f ed  b ac k  i n   a   cer t a in   w a y ,  acc ordi ng  to  t he   b a s i c   pr inc i ple s   o f  control  theory.   It  c an  b e  added  to  ∆ E i   v ia   a n  a m p l i f ier ,   K e   a nd   r esu l t e d  t h e  ro bus t  c o nt rol l er  a s  i n d i ca ted  in   F i gure   3 (a) .   T his co n t rol sch e me   i s  a   be nch m a r kin g   t o the   pro p ose d  c on tr ol l e r in th i s pa per .  H ow ever ,  i n  t his   pape r  w ill  be   f oc us in g  o n   t he   f r e q u e n cy   r egu l a t i o n;  u si n g   t h e   f r e q u enc y   d r o o p .  Ther efor e,  t he   f re q u e n cy   dro op  w i l l   b e   re pl a c i ng  the   v o l t a g e  dr oo p  m e tho d   by  m o d i fyi n g  t he  e q u at ion  o f   r ob u s t   droo p  c o n t r o l l e r   ( 1) .  H o w e ve r,  t he   pos sib i l i t y   o f   m easur ed  f re q u enc y   t o  r e m a in   w ith i n   a   c e r tai n   r eq u i red  ra nge  i n  the   p a ralle l- con n ec ted  in ve r t e r s usual l y a r e  quite  u nma n a g ea b l e   a n d w i l l   c on d u c t  in  c o n t ri but in g of er r or  v a l ue.     si n( ) ref VE t               ( 1 )     I n   e st a b lis h i n g   t he  p ar al le l-con n e c t ed  i nve r t ers  ena b l e   t o  shar e  t h e  lo ad ,  t h e  rep r ese n t a t i o n   of   t h e   con v e n t i ona l d r oo p co n t rol l er  i n ( 2 ) and ( 3 ) are   use d .  T h e   a n g u l a r  frequency,  ω i   is  w ide l y  u t il i z e d  t o ge ner a te   the  freq u enc y   o f  t h e   fr eq uen c y  re fer e nce   for   the  i nver t e r s,  w he re  ω *   i s  the   ra t e d  fr e que nc y  an d  m i  is  a     dro op c o e f f i c i e n t.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst     I S S N :   2088- 86 94       D r oo p c o n t r o l te ch n i que  f o r e qua l  power  sh ar in g i n  isl a nd ed m i c r o g r i d (A . W. N. H u sna)  53 3 * ii i E En P                ( 2 )     * ii i mQ                 ( 3 )     F r om  ( 3),   the  repre s en tat i o n   o f   t he  fr e q u e n c y  droo p  c on t r o l   c a n  be  writt e n  as     * ii i i mQ                ( 4 )     and  the   fr eq ue nc y  ω i   c a n  be  implem en ted  v i a   inte gra t i ng  Δ ω i  as       0 t ii dt                ( 5 )       n i m i 1/s   Vr e f E ω  t+ δ    ω  * - Q P i v o RM S K e E* -   n i m i 1/s   Vr e f E ω  t+ δ    ω  * - Q P i v o RM S K e E* - Fr e q * e de Ga i n +   (a)   (b)    F i gure  3.  C o n tr ol sc h e m e   (a) Rob u s t  dro op  (b) Ro bus t   dro o p  w it h  F LC       3.2.    FLC - b a sed   rob u s t d r oop   c on t r ol  I n   o rde r   t o  impro v e   t h e  as  m e n tio ne d  co n t ro ller  i n   t he  p revi ous   s e c t i on,   s om e  cha nge s  ha ve  b ee n   ma de  t o  rea l i z e  i t .   Re gard i n g   t o   t he   p r o p o se d  c o n t ro l l e r ,  th e  c on c e p t  a n d   mo d e lin g   o f  the   b a si c  robu st   d roop  c o nt roll e r   a re   a l r ea dy   h ig hl ig ht ed   i n   [1 8 ] .  In   t hi s   p a p e r,  F LC  me th od   i s   i m pl ement e d  b a sed  on   f requ e n cy  err o r,  rr e o f   eac h  i n v e r t er.   The  vol ta ge   r efere n c e ,   V ref   a nd  new   freque n c y  re fere nce   (base d   o n   the   per  un it   o f  o u t p ut  vol t a g e )  o f   vol t a g e   c on t r o l   uni t  i s   b ro ugh t  out   b y   th e   f r e q u enc y   c on tro l   u ni t  as  i nd i c a t ed   i n   F i gur e  3   (b).   T he  i nit i a t io n  of  t he   f re q u enc y   c o n tr ol   u n i t   is  d ro op   m e t h o d .   P r e v ious l y ,  c o n v e n tio na l  dro op  c o ntr o l  has  bee n   u se d  as  v o lta ge  a n d   f r e que nc y  reg u l a ti o n   a n d   e ve n   pow e r   s h ar ing  proc ess  am on g  D G   un i t s.   I n  th i s   me tho d ,   inst an tane ous  a c t i v e and  rea c t i v e  p o w e r  com pone n t s  a r e  re ce i v ed   f ro m  t h e  lo c a l   me a s u r ed   o f  c u rre n t   and  vo lta ge . T h e n,  t he y a r e  passed t h ro ug h  a low   pass fi l t e r  w i th  c ut off  fre que nc y,   c .   A s   i l l us trate d   i n  F i gur e  4,   F LC  w ith  u ni t y   f ee dbac k   i s   im p l e m e n te d   w i t h   r ob ust   dr oo p  c o n t r o l .   T he   new   re fer e nce   freque nc y  is  t h e   o u t p u t  o f   f uz zy  s yste m  w i t h   r esp ect  t o  t w o   in pu t s   o f  fr eq uenc y  e rror  ( e rr )  a nd  i t s   d eriv ati v e  ( rr de dt ).   T he  m em be r s h i p  f u nct i on   f or  b o t h  i npu t  a n d  ou tpu t   a re  c onsid ered   t o   wo rk   w i t h  tria ng u l ar  m embe rsh i p   fu nct i o n.  T he a pp l i e d  rules  a re  as  i n  Tab le  1 .      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94    I nt  J  P ow   E l e c  &  Dr i  S y st,   Vol.   10,   N o.   1 ,  Mar c h  2 0 1 9   :     53 0  –   537   53 4     F i gur e   4.   S im ul i n k  bloc k  of  f uzz y   l o g i c   c ont r o l l er       Tab l e  1.   F uzz y   r ule  base     De r i v a tiv e   of   fre que n c y   e rror ,   ( rr de dt )   F r e que n c y   e r r o r,   ( rr e )    N B NS ZE PS PB NB NB NS ZE ZE NS NS NS NS ZE NS PS ZE ZE ZE ZE ZE ZE PS ZE NS ZE PS PS PB NS PS ZE PS PB     4.   GEN E RA L I Z E D  MODE L  OF  S INGL E- PHAS E   I N VE RTER   Th e  mo d e l   of   s in gl e - ph a s e  inv e rt e r   u sed   in   t hi s  wo rk   h as  t wo   i n p u ts,   whi c h  a r e  in pu t  v o l t a g e  ( v i *)   a nd  out p u t  c u r r e nt  ( i o ),   a n d   on e   out p u t ,   w h i ch   i s   th e   out put   vol t a g e   o f  t h e  i n v e rt e r   ( v o ).   G v   r epr e sents  the  PR   vo l t age  c o nt r o lle r   of  t he  v o lta ge  f ee d b a c k  l o o p ,   K f   i s  t h e  g a in  o f  t h e  vo l t a ge  f ee df or w a r d   l o op,   a n d   K c  i s   t h e   ga in o f the   c u r r e nt fe e d back  l oo p.  I n  th is  m o d el,   t h e  m o d u l ati o n i n dex of  t he S P W M  m odu la tor   is assu m e d   t o   b e  1 ,  i.e. u n ity  g ain .  Th e  eq u a t i on  fo r   G v   i s  give n  i n   ( 6) .      Re 22 2 () 2 s vP cc o Ks GK ss              ( 6 )     The   pr op or ti on al  g a i n,   r esona nt  g a i n,   a n d   c u t o ff  fr eq uenc y  of   t he  P R   c o n t r o l l er   i s  r e pr es ente d  by  K P   ,  K Res  ,  a n d   w c   r e s pe ct ive l y,   a nd   w o   i s  the   f u nda me n t a l   f r e q u enc y   o f  the   s y stem .   The   c l os ed- l oo p  v o lta ge   g a i n,  G   c a n   b e   de r i ve d  f r o m   F i gur e   5  usi n g  the  r e duc tio n b l oc k  m e tho d .   B y  se t tin g  i o   t o be  0 ,   and the   m o del   c a n be  sim p li fie d   t o  (7) .   B y  se tti n g   v i *  t o   0 ,   t h e   mode l  can  b e  si m p lif i e d  t o   ( 8)   t o  f i nd   t he  o u t p u t   i m p e d an ce   of   t he  i nve r t er         2 () 1 iv f ff f f f c i v KG K G CL s C R C K s K G            ( 7 )     2 () 1 ff ff ff i c f i v Ls R Z LC s R C K K C s K G            ( 8 )           F i gur e   5.   I nver t e r   m odel  w ith  i nsta n t ane o us  c ur r e nt  s ha r i n g   s ch eme  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst     I S S N :   2088- 86 94       D r oo p c o n t r o l te ch n i que  f o r e qua l  power  sh ar in g i n  isl a nd ed m i c r o g r i d (A . W. N. H u sna)  53 5 5.   S I M U LA T I O N   R E S U L TS   A N D   A NA LY S I S  In  t hi s  sec t i o n,  s evera l   M A TLA B/ S I MU LIN K   si m u lat i o n s  ha ve  b ee n  ta ke n  to   i n v es tiga t e   th e   perform ance   o f  b o t h   c on tro l l e rs’  schem e s.   B ot h  o f   t he  m e t h o d s  a r e   u s i n g   the  fre q uenc y  dro op  so  t ha t  b o t h   o f  the   resu l t s  fro m   bo th   c on tro llers  c a n   b e   e x am ine d   i n  t h e  sa me   a na l y s i s.   T he   a na lys i s  i s   b ase d   o n   t h e  fre que nc y  re fe re nce   t h a t   c a p a b l e   i n   ge nera tin g  the   o u t p ut  o f  vo lta ge   a n d   c urre n t   a s  w e ll   a s  t h e  e q ua li ty  o f  loa d   pow e r   s ha rin g   w he n  a   l o ad  d isturba n c e   o cc urs  in  t h e   p a r al l el-c on n e cted  i nve r t ers.   S yste m  para me ters  u s ed   a r e  a s   s h ow n   i n  T a b l e  2 .       Tab l e  2.  P a r ameter  list   D e s c r i ption  V a lue   Filt e r   I nduc t a n c e  1 m H   F ilte r   Re sist a n ce   5 Ω   F i l t er   C ap acit a n c e   2 0 µ F   Ca p a c itor C u rr e n t Gain ( K c )  10   No m i n a l  Fr e que n c y  ( w o )   314. 15  r a d/s  C u t o f f   F re que n c y  ( w c )  10  Hz   N u m b e r   o f  P a r a ll e l   C onnec t e d   I nve r t e r  ( n )  3   Am p l i f i e r   ( K e )  3   DC  L in k   Vo ltag e  ( V DC )   400V   Nu m b er  o f   lo ad  I m p ed a n c e  ( Z L )  2  L i ne  Re s ist a n c e   3. 42e -3 Ω L i ne  I nduc t a n c e  2. 73µF       The   simu la ti o n   results  o b t a i n e d  is  d o n e  us i ng  the  li ne  i m p eda n c e  va lue s   a s  show n  in  T a b l e   2 .   The  fu nc ti o n   o f  bre a ker   i s   a p p l ie d   i n   t he   s im ula tio n  t o   m a k e  i t   eas ier   to  p lu g  i n   a nd   d isc o n n e c t  the   i n ver t e r s   an d  the l o a d s.  The  i n v erter s   c o n fi gura t i o n a nd l o ad  c on d iti o n  a re  s i m ilar  i n   b o t h  con t ro l m e th ods.   A s  d e p i c t e d   i n  F ig u r e   6 ( a ) ,  t h e  p r o p o s e d   c o n t r o ll e r  i s   a b l e  t o   r e m a i n   at   t h e   r at ed   fre qu en cy   o f  50   H z  aft e r  loa d   c han g e   a t   1 .7s.  H o w e v er,   t h e   fre q ue nc y  of  t he  r ob us t   d r oop  be com e s  u n stab l e   a fter  l oa d  c h a nge   a t   1.7s  a nd   i t  ha s  rem a ine d   o sc i l l a tin g  more   t h a n  50   H z   as  r e q u i re d.  T he   r e s u l t  o f   t he   f re que nc y  dev i a t ion   o f   bo th  c o n tro l lers  i s   s how n  in   F ig u r e  6  (b),  i nd icate s   t he   p r o p o s ed   c o n t r oll e r  i s   a bl e  in   r ed uci n g   th e   e r ro r  wh en  the l o a d   c ha ng e   ha p p e n s.   Th e  co rrel a ti o n   re sul t   o f   an aly s i s   o f   t h e   ou tp ut   v olt a ge   o f  b o t h  s y st e m s  i s   p rese n t e d   i n  F i gur e  7  (a) .   F r om  t he  f i g ure ,   it  can  b e   o b s e r ved  t h a t   t he   v o l t a ge  o f  t h e   rob us t  dro o p   c on tro l ler  be co me s  unsta ble   sta r t i n g   at  t=1. 4s,  whi l e   al l   t h e  inv e rters  a n d  lo ad s  are  d i scon n e ct e d   f ro m  l i n e   i m peda nce.   I n  F i gure   7  (b)  s h o w s  th e   ou tpu t   c urr e nt  o f  bot h  m e th o d s.   L ike w ise ,   t he  o u t p u t   v olta ge ,  t he  r e s u l t  w i t h o u t   F LC  s how s  the  insta b i l ity  o f  the  resp o n se  e spe c ia l l y   a t  t=1.4 s ,  t h e   cu rre n t   s t i l l   c i rc ul at e  in   t h e   l i n e  ev e n   t ho ug h   al l   th e  i n v e r t e rs   a nd   l o a ds  are   disco nnec t ed from  li ne   i m p e d anc e .    A s   s how n  i n   F ig ure   8  an d  F i gure  9,  t he re  w as  a   s i g n i fic a n t  di ff e r e n ce   b etwe en  b o t h  c ontro l l er s.   I t  ca n  be   s e e n   t h a t   the   re sp o n se   o f  the   i n verter s  us i n g   pr e v i o us  r obu st   d ro op   t e c hni qu e   i s   u n s t a b l e,  e sp e c i a ll y   at  t=0. 8s ,   the   r e s u l t   o f  t h e  rea c t i ve   p o w er  o f  i nver t er   3   t ook  0. 1 8 s   t o   r eac h   the   stea d y - s ta te   i f  c o mpar e d   t o  0. 0 3 s   take n  b y   t he   p rop o se d  t e c h ni que   t o  ac h i e v e   t h e  s t ea dy-s t at e   co n d iti o n .  F u rt herm ore ,   t h e   a vera ge   o f  tra n sie n t   respo n se  o f  t h e   act ive   p o w e r  i n   F i gure  8  i s   o b t a i ne d   us i n g   t h e  prop ose d   c o n tr ol l e r  be t t er  t han   t h e   re sp o n se   b y   us i n g  the   robu s t  dr oop  co n t rol l er.         (a)   ( b )    F i gure   6.  S im ulat ion  resu l t s  o f   ( a)  L oad  fre q uenc y  o f  bo t h c o n t ro ll e r s   t o  a ch i e v e  s t eady - st a t e   at  5 0   Hz    ( b ) F r eque nc y de v i a tio n  of b o t h c o n t r o l l er s  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st, Vol. 10,  N o.  1, Mar c h 2 0 1 9   :     53 0 –  53 7   53 6    (a )   ( b )    F i gur e 7.  S i m ulat i on re su l t s o f   o u t pu t c u rre n t s  of t hre e  pa r all el -conn e c t ed  i n v e rt e r s a n d   lo ad  (a) wi t h   pro pose d   t ec hn iq ue  ( b)  w i t h  pr evi ous ro bus t dro op  t e c h ni q u e          (a )   (b )     F i gure   8.  S i m ulat ion  resu l t s o f   o u t pu t p o w e r of t hre e  pa r alle l- con n ect ed  i nv ert e rs a n d   lo ad  wi t h  p rop o s ed   te ch n i que  (a )   a cti v e  p o wer,  P (b)  re active  po wer, Q           (a )   (b )     F i gur e 9.  S i m ulat i on re su l t s o f   o u t pu t p o w e r of t hre e  pa r alle l- c o nnec t e d   i nve rters  and l o a d   w ith  p rev i o u s   rob u st dr oop  te chn i que  ( a)  ac t ive   p o w e r , P  ( b) r eac ti v e  pow er ,  Q      6.   CONCL U S ION  T h i s   p a p e r   h a s  p r e s e n t e d  a  m o d i f i e d   r o b u s t   d r o o p  c o n t r o l l e r   u s i n g   F LC  i n  pa ral l el-c o n ne c t e d   in verter s.   I t  fo cuse d   on  c o n t r o l  a c tio n  ta ke n   i n   r em ainin g   t he  freq u enc y   r efere n ce  b y   a ppl y i n g   t he   f re q u enc y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst     I S S N :   2088- 86 94       D r oo p c o n t r o l te ch n i que  f o r e qua l  power  sh ar in g i n  isl a nd ed m i c r o g r i d (A . W. N. H u sna)  53 7 dro op  me t hod.   A   s i m pl ifi e d  mode l  o f   s in g l e - phase   i nver t e r   i s  us e d  t o   i n v e s t i g a t e   s y s t e m  s t a b i l i t y   i n  t e r m s  o f   ou tpu t  c urre nt and  v o lta ge . The ru l e s  o f F L C a r e t une d t o  de a l  w i t h  th e  e r r or a nd c h a n g e  of e rror   o f  fr e que nc y  of  t he  s ys t e m .   A ccor d in g to t h e  r esul t s  a bo v e ,   the pro p o s ed  c on t r o l  st r a t eg y is a ble t o  pro vide  a  sta b l e a n g u l ar   fre que nc y  f o r  m i c r ogri d s  w o rki ng  in  t h e   i s l a n de d  m ode.  The  l i mi te d  sc ope   o f  t h e  pre v io us  r o b us t  d r oo p  con t ro l l er  t ha t  a n al yze d   w it h  v o l t age   dr oop  has  bee n   n ot ic ed.   M e a nw h i le ,  the  prop ose d   c on tro l l e r  has  pro v en   tha t  i t  is   c apa b l e  of o u tpe rform ing t h e lacks   of t he ro bus t d r o op   c ont rol l er  i n  p r ovi d i n g   a   smo o t h   a nd   s t a b l e   in   line   res p o n se.   A d d iti ona l l y ,  w i t h   l ess  overs ho o t   i n  r e s p o n s e   an d  de p e nd able   i n  a  l i ne  p e r turba t i on  sho w   t h a t   t h e  p r o p o s e d   c o n t r oll e r  a c hi e v e s   g ood  p e rfo rman c e   i n   s yste m  res ponse   w i t h  less   circ ula t in g  c u rrent  as w e ll  a s   bet t er  pow er  s hari ng.       REFE RENCES    [1]   A.  W .  N.  H u s n a ,  S.   F .  S i r a j ,   a nd   M .  Z.   A b   M u in ,  “Mod el i n g  o f   D C -DC  conv erter  f o r  sola r  en ergy  sys t em   a p plic a t ion s ,”   i n   20 12   IEEE  Symp os iu m o n  Comput e r s  and Infor m a t i c s ,   I S C I  2 0 1 2 ,  20 12.   [2]   T.   H o r ni k   and   Q . -C.  Z h o ng,   “ A   Cu rrent-Co n t r ol   S trat egy   f o r  V o lt age-S o urce  In vert ers  i n   M ic ro grid s  Based   on  $H^{\inf t y  }$  and  R epetiti ve Control , ”  IE EE Tran s .  P o wer  E l e c t r on . ,   vol.   26,   no.   3 ,  p p .   9 43 –9 52,  Mar.   2 01 1.  [3]   P .   T enti,  H .  K.  M .  P a redes ,   a n d   P .   M a tt avelli ,  “ C on serv ati v e  P o w e r  T h eo ry,  a  F r am ework   t o   A pp roach   C on trol   a n d   Acco unt abi l i t y Iss u es in   S m art M i cro g ri d s ,”  I E EE   T r a n s .  Pow e r E l e c t ro n . ,   v o l . 2 6,   n o.  3 ,  pp.   664– 67 3,   M ar.  2011.   [4]   J.  R ocab ert,   G .  M.  S .  Azeve d o ,   A .  Lun a ,  J.  M .  Gu errero,  J.  I .  C andela,   and  P.  R odríguez,   “ Int e llige n t  Connect ion  Ag ent  f o r  T h ree-P h as e  Gri d -Con nect ed  M icro gri d s, ”  I EEE  Tr ans. P o wer   Electron .,   vol.   2 6 ,   no .   10,    pp .   2 993 –3 00 5,  O ct.   2 0 11.   [5]   P .  J i ,   X .   X .  Z h o u ,  a n d  S .   W u ,   “ R e v i e w   o n  s u s t a i n a b l e   d e v e l o p m e n t   of   i slan d  microg rid, ”  in   2 011  International  Con f eren ce on  Ad van ced P o wer  Syst em Aut o m a tion  a nd Protect ion ,  2 0 1 1 , p p.  1 80 6– 18 13 .  [6]   M .   S .   S a dab a di ,   Q .   S ha f i ee,   a nd   A .   K a rimi ,   “ P l u g - and-P l ay  V o lta g e   S t a bi lizat io n   in   I n v erter-In terf aced  M icrog r ids  vi a  a  Rob u st  C ont rol  Strateg y , ”   I E EE  Tran s.  Con t ro l Sy s t . Te c h no l . ,   vol.   2 5 ,   n o.  3 , p p.   7 8 1–7 91 ,  May  20 17.   [7]   A .  W .   N .   H u s n a ,   S .   F .   S i r a j ,  a n d   M .   H .  M a t ,   “ E f f e c t  o f   l o a d  v a r iat i on s   in   D C-D C   c on vert er,”  i n  P r o ceedin gs   -   CIM S im  2 011 :  3 r d  In te rn a t io na l  Co nfe r e n c e  o n  Co mp uta tion a l  In t e ll ig e n c e ,  Mod e l ling  an d S i mu la t i o n , 2 01 1.   [8]   N.  B o ttrell,  M .  P r od anov ic,  and  T.  C .  Green,  “D ynam i c  S t ab i lit y   o f  a  Microg rid   W i th  a n  Active  L o a d, ”  IE EE  Trans. Power Elect ron .,   v o l . 28 , n o. 1 1,  pp .   5 1 0 7 – 5 1 1 9 , Nov .  2 0 1 3 .   [9]   M .   A .   R o s l a n ,   M .  S .   A h m a d ,  M .   A .  M .   I s a ,   a n d   N .  H .   A .   R a h m a n ,   “ Circul ati n g   cu rrent  i n  p a ral l el  c on nect ed  in verter  s yste m , ”   in   2 0 16  IEEE In tern atio nal Conf e r ence o n   Power  an d  E n er gy  (P ECon) ,   2 01 6 ,   pp.   1 7 2–1 77 .  [10]   A.   V ijay a ku mari,   A.   T .   Dev a rajan,   a n d   N .   Dev a ra j a n,   “ Deco up led  con t ro l  of  g rid  co nn ected   i n v ert e r  with  dyn am ic  on li ne  g ri d  im pedan c e   m eas ure m ent s   f or  m icro  g ri d  app l i c a t ions , ”  Int. J.  El ectr .   P o wer Energy Sys t .,  v o l .  6 8 ,     pp .   1 –14 ,  J un.   2015 .   [11]   M .  R .   M i v e h ,  M .   F .   R a h m a t ,  A .   A .   G h a d i m i ,   a n d   M .   W .   M u s t a f a ,   “ C ontro l   techni qu es  f o r   t h r ee-ph ase  f our-l eg  vo lt age  s o u r ce  in verters   in   a u t on om o u s  micro g rid s :  A  re vi ew,”  R e new.  Sustain. E n er gy Rev . ,   vol.   54,   pp .   1 592 –1 61 0,  201 6.   [12]   N .   H .   A .  W a h a b ,   M .  H .   M a t ,   a n d  M .   A .  R o s l a n ,   “ A   R e v i e w   o n   O p t i m izat ion   o f   C on trol  S t r ateg y  o n   P arallel e d   Con n ected  Inv er ters in   an Is l an ded   Microg rid , ”  Adv. Sci.   L e tt . ,   v o l .   23 ,  n o .  6 ,   p p.  5 4 06– 54 09 ,   J u n .   20 17 .   [13]   P .  M o n i c a ,  M .   K o w s a l y a ,   a n d   P .  C .   T e j a s w i ,  “ L o a d   s h a r i n g  c o n t r o l  of   p arallel  op erated   s i n g l e   p h as e  in vert ers,”   En ergy Pr ocedi a ,   vol.  1 1 7 ,   p p.  6 0 0 –6 06 ,   2 0 1 7 .   [14]   P .   S reek um ar  a n d   V .  Kh adkikar,   “ No n l in ear  l o a d  sh aring   i n   l ow  v ol tag e   m i c ro gri d   u s i ng   n egativ e   vi rtu a l  harm onic   im p e dance,”  IECON 2 0 1 5  -  41 st An nu .  Conf.  IEEE Ind .  Electr o n . Soc ., no . 1 , pp . 3 35 3 – 3 3 5 8 , 2 01 5.  [15]   Ins t i t ute  of   Electri cal  a n d   E l e c t ro n i cs   E n g i n eers.  a n d   I E E E - SA  Stand a rd s  Board. ,   IE EE  guid e   f or  d es ign ,   o perat i on,   and  integra t ion  of   d ist r ibu t ed  r e s o u r c e   i s l a n d  s y s t e m s  w i t h  e l e ct ric  power  systems.  I ns titute  o f   Electri cal  a nd   El ectronics  En g ineers,  20 1 1 .   [16]   Y.  M oh amed   a n d   E .  F.  E l-S aada n y,  “ Ad aptive  D ecen trali zed  D roo p   Cont ro l l er  t o  P r eserv e   P ow er  S hari ng   S tab i lit y   of   P arallel e d  In v e rt ers  in  D istrib ut ed  G enerat ion  Mi crog rid s ,”  I E E E  T r an s.   Po w e r  El ect ro n .,   v ol.   2 3 ,  no .  6 ,     pp .   2 806 –2 81 6,  N ov .   2 008.  [17]   A.  M .  Bouzid,  J .   M .  Guerrero,  A .   C her iti,  M .  Bo uhamida,  P .   Si c a rd ,  a n d  M .   B e n g h a n e m ,  “A   s ur v e y  on   c o n trol  o f  elect ric  p o w e r  di s t ributed   g enera t i o n   sy st em s  f o r  m i cro g ri d  ap p l i cat io ns, ”   Re ne w. Su sta i n .  Ene r g y  Re v .,   v ol .   4 4 ,     pp .   7 51– 76 6,  2015.   [18]   Q.  C .  Z h o n g ,   “ Rob u s t   d roo p   c o n trol ler  f o r  accurat e   p ro po rti onal   l o a d   sh arin g  am o ng  in verters   o p era t ed   i n  p a rall e l ,”  IEEE  Trans. Ind .  Elect ron ., v o l .   6 0 , n o.  4,   pp .   12 81 –1 29 0 ,  2 01 3.   [19]   A.  H as a n zadeh ,  O .   C .  O n ar,  H .   M okh tari,  an d  A .   K hali gh ,  “ A   P rop ortio nal-Res o n a n t   C ont ro l l e r-Based   W i r e l ess  Con t rol   St rateg y   W it h  a  Redu ced  N u m b e r  of   S ensors   f o r   P arall e l- O p erated   U P S s,”  I E EE  T r ans.  Po w e r D e l i v .,   v o l .  25 ,   n o.  1 ,  p p .  468–4 78 ,   J a n .  2 010.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.