Zaman gecikmeli mikro-şebeke sistemlerin Rekasius yerine koyma yöntemiyle kazanç ve faz payı tabanlı kararlılık analizi
Yıl: 2019 Cilt: 34 Sayı: 1 Sayfa Aralığı: 553 - 567 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.17341/gazimmfd.416515 İndeks Tarihi: 29-12-2020
Zaman gecikmeli mikro-şebeke sistemlerin Rekasius yerine koyma yöntemiyle kazanç ve faz payı tabanlı kararlılık analizi
Öz: Bu makale, sadece kararlılık değil aynı zamanda kazanç ve faz payını dikkate alarak, sabit haberleşmegecikmesi içeren bir mikro-şebeke sistemin gecikmeye bağlı kararlılığını araştırmaktadır. Sisteminmaksimum zaman gecikmesi hesabında kazanç ve faz payı (GPM) dikkate alabilmek için mikro-şebekesisteme sanal bir kazanç-faz payı test edici ilave edilmiştir. Frekans düzleminde geçerli olan analitikRekasius yerine koyma yöntemi GPM tabanlı maksimum zaman gecikmelerini hesaplamak içinkullanılmıştır. Bu yöntem, verilen bir pozitif zaman gecikmesi için, mikro-şebekenin karakteristikdenklemine ait sanal eksen üzerindeki tüm kökleri hesaplamaktadır. Bu yaklaşım ilk olarak, mikro-şebekeninüstel terim içeren karakteristik denklemini sıradan bir polinoma dönüştürmektedir. Daha sonra, sanal eksenüzerindeki kökleri ve maksimum zaman gecikmesini hesaplamak için Routh-Hurwitz kriterini uygular.Oransal-integral (PI) denetleyicinin ve kazanç-faz paylarının farklı değerleri için mikro-şebekenin hemkararlı olacağı hem de istenilen kazanç-faz paylarına sahip olacağı zaman gecikme değerleri hesaplanmıştır.Kompleks köklerin ve zaman gecikme değerlerinin doğruluğu, üstel terim içeren polinomların köklerinihesaplamak için geliştirilen QPMR algoritması ve zaman düzleminde gerçekleştirilen benzetim çalışmalarıile gösterilmiştir. Benzetim çalışmaları; salınımların hızlı sönümlenmesi, daha az maksimum aşma ve dahakısa yerleşme zamanı açısından sistemin daha iyi dinamik performansa sahip olabilmesi için, maksimumzaman gecikmelerinin kazanç-faz paylarını dikkate alarak hesaplanmasının gerekli olduğunu göstermiştir.
Anahtar Kelime: Gain and phase margins based stability analysis of micro grid systems with time delay by using Rekasius substitution
Öz: This paper investigates the delay-dependent stability of a micro-grid system with constant communication delay considering not only stability but also gain-phase margins (GPMs). A gain-phase margin tester is introduced to the micro-grid system as to take into GPMs in delay margin computation. A frequency domain analytical method, Rekasius substitution, is utilized to compute the GPMs based stability delay margins. The method aims to calculate all possible purely complex roots of the characteristic equation for a finite positive time delay. The approach first transforms the characteristic polynomial of the micro-grid system with transcendental terms into a regular polynomial. Routh-Hurwitz stability criterion is then implemented to compute the purely imaginary roots with the crossing frequency and stability delay margin. For a wide range of proportional-integral controller gains and GPMs, time delay values for which the micro-grid system is both stable and has desired stability margin measured by GPMs are computed. The accuracy of complex roots and delay margins are verified by using an independent algorithm, QPMR (the quasi-polynomial mapping-based root finder) algorithm and time-domain simulations, respectively. Simulation studies indicate that delay margins must be determined by considering GPMs to have a better dynamic performance in term of fast damping of oscillations, less overshoot and shorter settling time.
Anahtar Kelime: Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
- 1. Hatziargyriou N., Microgrids: architecture and control, Wiley-IEEE Press, 2014.
- 2. Zamora R.A., Srivastava K., Controls for micro-grids with storage: review, challenges, and research needs, Renew. Sustain. Energy Rev., 14 (7), 2009–2018, 2010.
- 3. Kundur P., Power system stability and control, McGraw-Hill, 1994.
- 4. Bevrani H., Ghosh A., Ledwich G., Renewable energy sources and frequency regulation: survey and new perspectives, IET Renew. Power Gener., 4 (5), 438–457, 2010.
- 5. Vandoorn T.L., De Kooning J.D.M., Meersman B., Vandevelde L., Communication-based secondary control in microgrids with voltage-based droop control, Proc. IEEE PES Transmission and Distribution Conf. and Exposition, Orlando, FL, US, 1–6, 07–10 May 2012.
- 6. Li X., Song Y., Han S., Frequency control in micro-grid power system combined with electrolyzer system and fuzzy PI controller, J. Power Sources, 180 (1), 468–475, 2008.
- 7. Nayeripour M., Hoseintabar M., Niknam T., Frequency deviation control by coordination control of FC and double-layer capacitor in an autonomous hybrid renewable energy power generation system, Renew. Energy, 36, 1741–1746, 2011.
- 8. Kumar B., Mishra S., AGC for distributed generation, Proc. IEEE Int. Conf. on Sustainable Energy Technologies (ICSET), Singapore, 89–94, 24–27 November 2008.
- 9. Kaur A., Kaushal J., Basak P., A review on microgrid central controller, Renew. Sustain. Energy Rev., 55, 338–345, 2016.
- 10. Shafiee Q., Guerrero M. J., Vasquez J. C., Distributed secondary control for islanded microgrids—A novel approach, IEEE Trans. Power Electron., 29 (2), 1018- 1051, 2014.
- 11. Diaz N. L., Luna A. C., Vasquez J. C., Guerrero J. M., Centralized control architecture for coordination of distributed renewable generation and energy storage in islanded AC microgrids, IEEE Trans. Power Electron., 22 (7), 5202-5213, 2017.
- 12. Ahumada C., Cardenas R., Saez D., Guerrero J. M., Secondary control strategies for frequency restoration in islanded microgrids with consideration of communication delays, IEEE Trans. Smart Grid, 7 (3), 1430-1441, 2016.
- 13. Liu S., Wang X., Liu P. X., Impact of communication delays on secondary frequency control in an islanded microgrid, IEEE Trans. Ind. Electron., 62 (4), 2021- 2031, 2015.
- 14. Macana C.A., Mojica-Nava E., Quijano N., Time-delay effect on load frequency control for micro-grids, Proc. 10th IEEE Int. Conf. on Networking Sensing and Control (ICNSC), Evry, France, 544–549, April 2013.
- 15. Rekasius Z.V., A stability test for systems with delays, Proc. Joint Automatic Control Conf., San Francisco, CA, US, 13–15, August 1980.
- 16. Olgac N., Sipahi R., An exact method for the stability analysis of time-delayed linear time-invariant (LTI) systems, IEEE Trans. Autom. Control, 47 (5), 793–797, 2002.
- 17. Walton, K.E., Marshall, J.E., Direct method for TDS stability analysis. IEE Proceeding Part D, 134 (2), 101– 107, 1987.
- 18. Sönmez, Ş., Ayasun, S., Nwankpa, C.O., An exact method for computing delay margin for stability of load frequency control systems with constant communication delays. IEEE Trans. Power Syst., 31 (1), 370-377, 2016.
- 19. Gündüz H., Sönmez Ş., Ayasun S., Comprehensive gain and phase margins based stability analysis of micro-grid frequency control system with constant communication delays. IET Gen. Trans. And Distri, 11 (3), 719-729, 2017.
- 20. Sonmez, S., Ayasun, S., Eminoglu, U., Computation of time delay margins for stability of a single-area load frequency control system with communication delays, WSEAS Trans. Power Syst., 9, 67–74, 2014.
- 21. Chang C.H., Han K.W., Gain margins and phase margins for control systems with adjustable parameters, J. Guid. Control Dyn., 13 (3), 404–408, 1990.
- 22. He Y., Wang Q.G., Xie L.H., Lin C., Further improvement of free-weighting matrices technique for systems with time-varying delay, IEEE Trans. Autom. Control, 52 (2), 293–299, 2007.
- 23. Wu M., He Y., She J.H., Liu G.P., Delay-dependent criterion for robust stability of time-varying delay systems, Automatica, 40 (8), 1435–1439, 2004.
- 24. Xu S.Y., Lam J., On equivalence and efficiency of certain stability criteria for time-delay systems, IEEE Trans. Autom. Control, 52 (1), 95–101, 2007.
- 25. Yao W., Jiang L., Wu Q.H., Wen J.Y., Cheng S.J., Delay-dependent stability analysis of the power system with a wide-area damping controller embedded, IEEE Trans. Power Syst., 26 (1), 233–240, 2011.
- 26. Yao W., Jiang L., Wen J.Y., Wu Q.H., Cheng S.J., Wide-area damping controller of FACTS devices for inter-area oscillations considering communication time delays, IEEE Trans. Power Syst., 29 (1), 318–329, 2014.
- 27. Jiang L., Yao W., Wu Q.H., Wen J.Y., Cheng S.J., Delay-dependent stability for load frequency control with constant and time-varying delays, IEEE Trans. Power Syst., 27 (2), 932–941, 2012.
- 28. Zhang C.K., Jiang L., Wu Q.H., He Y., Wu M., Further results on delay-dependent stability of multi-area load frequency control, IEEE Trans. Power Syst., 28 (4), 4465–4474, 2013.
- 29. Vyhlídal, T., Zítek, P., Mapping based algorithm for large-scale computation of quasi-polynomial zeros IEEE Trans. Autom. Control, 2054 (1), 171-177, 2009.
- 30. Vyhlídal, T., Olgaç, N., Kučera, V., Delayed resonator with acceleration feedback – Complete stability analysis by spectral methods and vibration absorber design. Journal of Sound and Vibration, 333 (25), 6781–6795, 2014.
- 31. Kammer, A.S., Olgaç, N., Delayed-feedback vibration absorbers to enhance energy harvesting. Journal of Sound and Vibration, 363 (17), 54–67, 2016
- 32. Ilic M.D., Xie L., Khan U.A, Moura J.M.F., Modelling of future cyber physical energy systems for distributed sensing and control, IEEE Trans. Syst. Man Cybern. A Syst. Humans, 40, 825–838, 2010.
- 33. Matsubara M., Fujita G., Shinji T., Sekine T., Akisawa A., Kashiwagi T., Yokoyama R., Supply and demand control of dispersed type power sources in micro grid, Proc. 13th Int. Conf. on, Intelligent Systems Application to Power Systems (ISAP), Arlington, VA, US, 67–72, 6–10 November 2005.
- 34. Simulink, Model-based and system-based design using simulink, Natick, MathWorks, 2000.
- 35. Sipahi R., Olgac N., A comparative survey in determining the imaginary characteristic roots of LTI time delayed systems, 16th IFAC World Congress, Prague, Czech Republic, 390-399, 3-8 July 2005.
| APA | GÜNDÜZ H, Ayasun S, sonmez s (2019). Zaman gecikmeli mikro-şebeke sistemlerin Rekasius yerine koyma yöntemiyle kazanç ve faz payı tabanlı kararlılık analizi. , 553 - 567. 10.17341/gazimmfd.416515 |
| Chicago | GÜNDÜZ Hakan,Ayasun Saffet,sonmez sahin Zaman gecikmeli mikro-şebeke sistemlerin Rekasius yerine koyma yöntemiyle kazanç ve faz payı tabanlı kararlılık analizi. (2019): 553 - 567. 10.17341/gazimmfd.416515 |
| MLA | GÜNDÜZ Hakan,Ayasun Saffet,sonmez sahin Zaman gecikmeli mikro-şebeke sistemlerin Rekasius yerine koyma yöntemiyle kazanç ve faz payı tabanlı kararlılık analizi. , 2019, ss.553 - 567. 10.17341/gazimmfd.416515 |
| AMA | GÜNDÜZ H,Ayasun S,sonmez s Zaman gecikmeli mikro-şebeke sistemlerin Rekasius yerine koyma yöntemiyle kazanç ve faz payı tabanlı kararlılık analizi. . 2019; 553 - 567. 10.17341/gazimmfd.416515 |
| Vancouver | GÜNDÜZ H,Ayasun S,sonmez s Zaman gecikmeli mikro-şebeke sistemlerin Rekasius yerine koyma yöntemiyle kazanç ve faz payı tabanlı kararlılık analizi. . 2019; 553 - 567. 10.17341/gazimmfd.416515 |
| IEEE | GÜNDÜZ H,Ayasun S,sonmez s "Zaman gecikmeli mikro-şebeke sistemlerin Rekasius yerine koyma yöntemiyle kazanç ve faz payı tabanlı kararlılık analizi." , ss.553 - 567, 2019. 10.17341/gazimmfd.416515 |
| ISNAD | GÜNDÜZ, Hakan vd. "Zaman gecikmeli mikro-şebeke sistemlerin Rekasius yerine koyma yöntemiyle kazanç ve faz payı tabanlı kararlılık analizi". (2019), 553-567. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.416515 |
| APA | GÜNDÜZ H, Ayasun S, sonmez s (2019). Zaman gecikmeli mikro-şebeke sistemlerin Rekasius yerine koyma yöntemiyle kazanç ve faz payı tabanlı kararlılık analizi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 34(1), 553 - 567. 10.17341/gazimmfd.416515 |
| Chicago | GÜNDÜZ Hakan,Ayasun Saffet,sonmez sahin Zaman gecikmeli mikro-şebeke sistemlerin Rekasius yerine koyma yöntemiyle kazanç ve faz payı tabanlı kararlılık analizi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 34, no.1 (2019): 553 - 567. 10.17341/gazimmfd.416515 |
| MLA | GÜNDÜZ Hakan,Ayasun Saffet,sonmez sahin Zaman gecikmeli mikro-şebeke sistemlerin Rekasius yerine koyma yöntemiyle kazanç ve faz payı tabanlı kararlılık analizi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.34, no.1, 2019, ss.553 - 567. 10.17341/gazimmfd.416515 |
| AMA | GÜNDÜZ H,Ayasun S,sonmez s Zaman gecikmeli mikro-şebeke sistemlerin Rekasius yerine koyma yöntemiyle kazanç ve faz payı tabanlı kararlılık analizi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2019; 34(1): 553 - 567. 10.17341/gazimmfd.416515 |
| Vancouver | GÜNDÜZ H,Ayasun S,sonmez s Zaman gecikmeli mikro-şebeke sistemlerin Rekasius yerine koyma yöntemiyle kazanç ve faz payı tabanlı kararlılık analizi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2019; 34(1): 553 - 567. 10.17341/gazimmfd.416515 |
| IEEE | GÜNDÜZ H,Ayasun S,sonmez s "Zaman gecikmeli mikro-şebeke sistemlerin Rekasius yerine koyma yöntemiyle kazanç ve faz payı tabanlı kararlılık analizi." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 34, ss.553 - 567, 2019. 10.17341/gazimmfd.416515 |
| ISNAD | GÜNDÜZ, Hakan vd. "Zaman gecikmeli mikro-şebeke sistemlerin Rekasius yerine koyma yöntemiyle kazanç ve faz payı tabanlı kararlılık analizi". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 34/1 (2019), 553-567. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.416515 |
