University of Groningen
Control of electrical networks: robustness and power sharing
Weitenberg, Erik
IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite from it. Please check the document version below.
Document Version
Publisher's PDF, also known as Version of record
Publication date: 2018
Link to publication in University of Groningen/UMCG research database
Citation for published version (APA):
Weitenberg, E. (2018). Control of electrical networks: robustness and power sharing. Rijksuniversiteit Groningen.
Copyright
Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons).
Take-down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim.
Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons the number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum.
Samenvatting
Dankzij technologische en maatschappelijke ontwikkelingen is de vraag naar elektriciteit groter dan ooit. Bovendien zijn steeds meer gebruikers zich be-wust van de noodzaak om over te stappen op duurzame bronnen van energie, bijvoorbeeld energie uit zon, wind of water. Dit brengt een aantal uitdagin-gen met zich mee. Ten eerste is niet alle duurzame energie altijd beschikbaar: zonne- en windenergie worden alleen opgewekt als de zon schijnt en als het waait. Ten tweede ontstaat de mogelijkheid voor kleine verbruikers om zelf energie op te wekken en terug te leveren aan het netwerk, iets waar het be-staande stroomnetwerk niet noodzakelijk voor geschikt is. De focus van dit proefschrift is het ontwikkelen en bestuderen van oplossingen voor (delen van) bovenstaande problemen.
Een mogelijke aanpak is om iedere generator van elektriciteit, en soms ook gebruikers, te voorzien van een regelaar. Deze regelaars zijn doorgaans com-puters, die door middel van lokale metingen en mogelijk communicatie met andere regelaars de lokale opwekking dan wel het lokale gebruik van stroom aansturen. Sommige energiebronnen, zoals waterkracht en fossiele brandstof-fen, bieden een hoge mate van flexibiliteit, en sommige gebruikers kunnen door planning van stroomgebruik of door het gebruik van accumulatoren ook flexibiliteit bieden. De regelaars in dit proefschrift zijn ontworpen om op deze manier vraag en aanbod te balanceren en zo de stabiliteit van het stroomnet-werk te garanderen.
In het eerste deel van dit proefschrift bestuderen we twee regelaars voor het wisselstroomnetwerk, namelijk de distributed averaging integral-regelaar (DAI) en de leaky integral-regelaar (LI). Beide regelaars meten en integreren de fre-quentie-afwijking van de wisselstroom – die is symptoom van een tekort of overschot – en passen op basis van de geïntegreerde afwijking de injectie van energie aan. De DAI-regelaar onderscheidt zich door te communiceren met andere regelaars, en zo een gewogen consensus te bereiken van de integra-tors van de verschillende regelaars. Dit zorgt ervoor dat een lokaal tekort aan stroom niet door één generator hoeft te worden opgevangen. De LI-regelaar communiceert niet, en laat de lokale integrator langzaam ‘leeglopen’ om
152 samenvatting
biliteit te garanderen. Door de leegloopsnelheid aan te passen is ook met de LI een eerlijke verdeling mogelijk van stroomopwekking over alle generatoren. Beide regelaars zijn al bekend in de wetenschap, en in theorie zorgen ze voor een stabiel netwerk waarin opwekking en gebruik van stroom in balans zijn. In de praktijk is het daarnaast belangrijk dat de regelaars nog steeds werken als de aannames waarop het theoretische (wiskundige) bewijs berust, geschonden worden. Deze eigenschap noemt men robuustheid (robustness). Wij tonen aan dat de DAI-regelaar bestand is tegen tijdelijke onderbrekingen van het commu-nicatienetwerk, en het systeem ondanks zulke onderbrekingen stabiel blijft en zorg draagt voor een eerlijke verdeling van opgewekte energie over de gene-ratoren. Daarnaast tonen we aan dat zowel de DAI- als de LI-regelaar bestand zijn tegen een zekere hoeveelheid meet- en aandrijvingsfouten, door te bewij-zen dat het stroomnetwerk met beide regelaars tot op zekere hoogte invoer-naar-toestand-stabiel is (input-to-state stable with restrictions).
In het tweede deel van dit proefschrift ontwerpen we regelaars voor gelijk-stroomnetwerken. Deze netwerken zijn nu al in gebruik, bijvoorbeeld op sche-pen, en zijn ook geschikt voor het aanleggen van kleine loskoppelbare stroom-netwerken, ook wel bekend als microgrids. Ook hier gaan we uit van meerdere generatoren met elk een eigen regelaar, waarbij de regelaars met elkaar com-municeren. We ontwerpen twee regelaars, die beide naast stabiliteit ook zorgen voor vermogensdeling (power sharing): een eerlijke verdeling van de totale be-lasting over alle generatoren in het netwerk. De eerste regelaar is ontworpen voor netwerken waar de transmissiekabels gemodelleerd zijn als weerstanden, en de belastingen gekenmerkt worden door een constante weerstand, een con-stante stroomsterkte of een constant vermogen. Daarnaast ontwerpen we een variatie op de eerste regelaar, geschikt voor netwerken met kabels gemodel-leerd als een serieschakeling van een weerstand en een spoel. In dit ontwerp laten we de belastingen met een constant vermogen weg.
