Distributed System-Level Control for Multi-Terminal DC Distribution Networks

Abstract

Las redes de distribución estan evolucionando y las técnicas de control deben evolucionar con ellas. La introducción de generación distribuida interconectada por convertidores, los sistemas de CC y el paradigma del prosumidor hacen que la estrategia de control más adecuada sea una estrategia de control distribuido. El flujo de cargas óptimo distribuido es ampliamente estudiado en la literatura pero no se han encontrado artículos sobre el cómo los fallos de comunicación afectan a estos algoritmos. El objetivo de esta tesis es estudiar el efecto de los fallos de comunicación en los algoritmos de flujo de carga óptimo distribuidos para control de sistema de redes de distribución multiterminal de CC y diseñar una estrategia de detección y mitigación de fallos de comunicación que permita que el algoritmo ofrezca soluciones rápidas y factibles incluso en condiciones defectuosas. Se desarrolla una herramienta de simulación en la que un algoritmo basado en el método de las direcciones alternas de los multiplicadores con paso de mensajes proximal se ejecuta en un entorno distribuido utilizando computación paralela y comunicación real. Esta herramienta permite comprobar el comportamiento del algoritmo en different redes de prueba estándar definidas en el IEEE en diferentes escenarios de fallos de comunicación. La estrategia resulta ser efectiva, permitiendo que el algoritmo converja incluso bajo múltiples fallos de comunicación. Además, gracias a la herramienta de simulación y a los más de 80 escenarios diferentes, los diversos factores que influyen en la convergencia del algoritmo en caso de fallos de comunicación son expuestos.

Distribution networks are evolving and control techniques must evolve with them. The introduction of distributed generation interconnected by converters, DC systems and the prosumer paradigm make a distributed control strategy the most appropriate control strategy. Distributed optimal power flow algorithms widely studied in the literature but no articles have been found on how communication failures affect these algorithms. This thesis aims to study the effect of communication failures in distributed optimal power flow algorithms for system-level control of multi-terminal DC distribution grids and design a communication failure detection and mitigation strategy that allows the algorithm to give fast and feasible solutions even under faulty conditions. A simulation tool is developed where a PMP ADMM based algorithm runs in a distributed environment using parallel computation and real communication. This tool allows testing the algorithm in different IEEE standard test networks for different communication failures scenarios. The strategy proves to be effective, allowing the algorithm to converge even under multiple communication failures. Also, thanks to the simulation tool and the more than 80 different cases tested, some of the influencing factors affecting the convergence of the algorithm under communication failures are exposed.