Thesis:

Distributed secondary control based on MPC for microgrids

En esta tesis se aborda el control secundario distribuido basado en MPC para microrredes. Una microrred es un sistema de distribución eléctrica descentralizado que integra unidades de generación distribuida (DERs), sistemas de almacenamiento de energía y carga. Los DER son sistemas de generación eléctrica de pequeña escala, conectados a la red de distribución y localizados próximos al punto de consumo. Específicamente, los DERs con interfaz de inversor están construidos modularmente, compuestos por una fuente primaria de energía, un convertidor, una etapa de filtrado y una impedancia que se conecta al punto de acoplamiento de la microrred. En este contexto, el sistema de control de la microrred se diseña con un enfoque jerárquico, siguiendo la estructura tradicional en el control de microrredes. Las capas de control consideradas en esta tesis son el control de nivel cero, el control primario y el control secundario. El control de nivel cero es la capa más interna del sistema jerárquico y tiene como objetivo regular la corriente y la tensión en cada recurso energético distribuido (DER). El control primario tiene como objetivo estabilizar la operación de cada DER ante cambios de la carga o topológicos de la red, estableciendo un punto de operación de voltaje y frecuencia, mientras que el control secundario tiene como objetivo establecer una referencia de voltaje y frecuencia para lograr una adecuada distribución de potencia activa y reactiva. El desarrollo principal de este trabajo corresponde a una estrategia de control MPC aplicada al control secundario distribuido en microrredes, considerando una impedancia de acoplamiento compleja entre los DERs. No obstante, para realizar evaluaciones exhaustivas y realistas, resulta necesario considerar la dinámica de los lazos internos de control (nivel cero y primario), lo que permite analizar con mayor detalle escenarios desafiantes en la operación de la microrred. En este contexto, la tesis se organiza de manera progresiva, abordando sucesivamente estas capas de control(...).

This thesis addresses distributed model predictive control (MPC)-based secondary control for microgrids. A microgrid is a decentralized electrical distribution system that integrates distributed energy resources (DERs), energy storage systems, and loads. DERs are small-scale electric power generation systems connected to the distribution network and located close to the point of consumption. In particular, inverter-interfaced DERs are modular systems composed of a primary energy source, a power converter, an output filter, and an impedance connecting the DER to the microgrid point of common coupling. In this context, the microgrid control system is designed following a hierarchical control architecture, which is the conventional approach in microgrid control. The control layers considered in this thesis are zero-level control, primary control, and secondary control. Zero-level control corresponds to the innermost layer and regulates the current and voltage of each DER. Primary control stabilizes the operation of each DER under load variations and network topology changes by establishing voltage and frequency operating points, while secondary control generates voltage and frequency references to achieve proper active and reactive power sharing. The main contribution of this work is a distributed MPC strategy for secondary control in microgrids, explicitly considering complex coupling impedances among DERs. However, a realistic and exhaustive evaluation of secondary control performance requires accounting for the dynamics of the inner control loops. Accordingly, this thesis is structured to progressively address the different layers of the hierarchical control architecture(...).