- عنوان کتاب: Control of Renewable Power Systems A Fully Actuated System Approach
- نویسنده: Yi Yu, Guo-Ping Liu, Josep M. Guerrero
- حوزه: انرژی تجدیدپذیری
- سال انتشار: 2026
- تعداد صفحه: 255
- زبان اصلی: انگلیسی
- نوع فایل: pdf
- حجم فایل: 10.3 مگابایت
نفوذ بالای منابع انرژی تجدیدپذیر، که ناشی از گذار انرژی جاری است، اساساً ویژگیهای دینامیکی سیستمهای قدرت مدرن را تغییر میدهد. تغییرپذیری ذاتی تولید بادی و فتوولتائیک، کاهش اینرسی همزمان مرتبط با منابع رابط مبدل، دینامیک سریع و چندمقیاسی دستگاههای الکترونیک قدرت و کوپلینگ پیچیده بین تولید، زیرساخت شبکه، بارها و سیستمهای ذخیره انرژی، چالشهای قابل توجهی را برای روشهای مرسوم مدلسازی، تحلیل پایداری و کنترل ایجاد میکند. همزمان، این تحولات، تکامل شبکههای قدرت را به سمت معماریهای کمکربنتر، توزیعشدهتر و به طور فزایندهای تحت سلطه مبدلها تسریع میکنند. در این تحول، ریزشبکهها به یک معماری مهم و انعطافپذیر برای ادغام و هماهنگی تولید توزیعشده، سیستمهای ذخیره انرژی و بارهای محلی تبدیل شدهاند. ساختار توزیعشده آنها امکان استفاده هماهنگ از منابع غیرمتمرکز را فراهم میکند، اما همچنین الزامات سختگیرانهتری را بر عملکرد کنترل، ارتباطات و هماهنگی در سطح سیستم تحمیل میکند. حلقههای بازخورد محلی و مدلهای خطیشده برای تنظیم سطح دستگاه ضروری هستند. با این حال، آنها اغلب باید توسط چارچوبهای کنترل توزیعشدهای که قادر به پشتیبانی از هماهنگی چند گرهای، بهینهسازی عملکرد در سطح سیستم و افزایش تابآوری دینامیکی هستند، تکمیل شوند. چالشهای اضافی ناشی از نفوذ روزافزون بارهای الکترونیکی قدرت، از جمله سیستمهای شارژ خودروهای الکتریکی، درایوهای موتورهای صنعتی و مراکز داده هوش مصنوعی است. بسته به کنترلهای مبدل و شرایط عملیاتی آنها، این بارها ممکن است ویژگیهای توان ثابت، دینامیک غیرخطی، تغییرات سریع تقاضا و تعاملات قوی با دینامیک شبکه و ذخیرهسازی انرژی را نشان دهند. این ویژگیها انگیزه توسعه روشهای کنترل پیشرفتهتر، سیستماتیکتر و قویتر را ایجاد میکنند. برای پرداختن به این چالشها، این تکنگاری رویکرد سیستم کاملاً فعال (FAS) را به عنوان یک چارچوب قدرتمند مدلسازی و طراحی کنترلکننده مبتنی بر کنترل برای سیستمهای قدرت تجدیدپذیر معرفی میکند. روش FAS یک مکمل سیستماتیک برای رویکردهای کنترل فضای حالت و غیرخطی مرسوم ارائه میدهد و به ویژه برای سیستمهایی با دینامیک غیرخطی، کوپل شده و ناهمگن مناسب است. با شروع از مدلهای فیزیکی و سطح کنترل اصلی، نمایشهای کاملاً فعال ایجاد میکند که ساختار تحریک دینامیک ورودی-خروجی یا تنظیم-خطای انتخاب شده را نشان میدهد. رویکرد FAS با مبانی ریاضی خود در معادلات دیفرانسیل و نظریه کنترل هندسی دیفرانسیل، به ویژه در استفاده از تبدیلات دیفئومورفیک، مزایای نظری متمایزی را ارائه میدهد و چارچوبی قدرتمند برای کاربردهای کنترل مهندسی فراهم میکند. تحت شرایط ساختاری و امکانسنجی مناسب، این نمایشها انعطافپذیری قابل توجهی در تعیین ویژگیهای حلقه بسته مطلوب ارائه میدهند و میتوانند سنتز کنترلکننده و تحلیل پایداری را تا حد زیادی ساده کنند. در مقایسه با رویههای طراحی مرسوم آزمون و خطا، رویکرد FAS میتواند با ایجاد رابطه مستقیمتر بین پارامترهای کنترلکننده و عملکرد دینامیکی مطلوب، وابستگی به تنظیم پارامترهای اکتشافی را کاهش دهد. همچنین توسعه کنترلکنندههایی با ساختارهای شفاف، پیکربندیهای پارامتر انعطافپذیر و قابلیت توسعه قوی به کنترل پیشبینیکننده، مبتنی بر یادگیری، توزیعشده و انعطافپذیر را تسهیل میکند. این ویژگیها، روش FAS را به ابزاری نظری و مهندسی بهویژه امیدوارکننده برای مدلسازی و کنترل سیستمهای قدرت تجدیدپذیر معاصر تبدیل میکند. ارزش ویژه روش FAS برای سیستمهای قدرت تجدیدپذیر در توانایی آن در ایجاد ارتباط مستقیم و ساختاریافته بین دینامیک سیستم فیزیکی، اهداف کنترل و طراحی کنترلکننده حلقه بسته نهفته است. سیستمهای قدرت تجدیدپذیر با رابط مبدل معمولاً شامل دینامیک اجزای ناهمگن، ویژگیهای عملیاتی غیرخطی، حلقههای کنترل سلسله مراتبی و تعاملات توزیعشده بین تولید، شبکهها، بارها و واحدهای ذخیره انرژی هستند. در این زمینه، نمایشهای FAS ابزارهای سیستماتیکی برای سازماندهی مجدد دینامیکهای پیچیده و کوپل شده به شکلهایی که برای سنتز کنترلر شفافتر و قابل کنترلتر هستند، ارائه میدهند. این ویژگی میتواند برخورد هماهنگ با اهداف تنظیم ولتاژ، فرکانس، جریان و توان را تسهیل کند و در عین حال از ادغام مکانیسمهای کنترل پیشبینیکننده، مبتنی بر یادگیری، توزیعشده و انعطافپذیر پشتیبانی کند. مهمتر از آن، رویکرد FAS یک دیدگاه روششناختی منسجم به جای یک تکنیک طراحی کنترلر مجزا ارائه میدهد. با حفظ ساختار فیزیکی مربوط به سیستم اصلی و در عین حال، آزادی بیشتر برای اختصاص دینامیکهای حلقه بسته انتخابشده، پلی امیدوارکننده بین نظریه کنترل غیرخطی پیشرفته و کاربرد عملی الکترونیک قدرت فراهم میکند.
Driven by the ongoing energy transition, the high penetration of renewable energy sources is fundamentally reshaping the dynamic characteristics of modern power systems. The inherent variability of wind and photovoltaic generation, the reduction in synchronous inertia associated with converter-interfaced resources, the fast and multiscale dynamics of power electronic devices, and the complex coupling among generation, grid infrastructure, loads, and energy storage systems pose substantial challenges to conventional modeling, stability analysis, and control methodologies. Concurrently, these developments are accelerating the evolution of power networks toward lower-carbon, more distributed, and increasingly converter dominated architectures. Within this transformation, microgrids have become an important and flexible architecture for integrating and coordinating distributed generation, energy storage systems, and local loads. Their distributed structure enables the coordinated utilization of decentralized resources but also imposes increasingly stringent requirements on control performance, communication, and system-level coordination. Local feedback loops and linearized models remain indispensable for device level regulation; however, they often need to be complemented by distributed control frameworks capable of supporting multi-node coordination, system-wide performance optimization, and enhanced dynamic resilience. Additional challenges arise from the growing penetration of p ower electronic loads, including electric vehicle charging systems, industrial motor drives, and artificial intelligence data centers. Depending on their converter controls and operating conditions, these loads may exhibit constant-power characteristics, nonlinear dynamics, rapid demand variations, and strong interactions with network and energy storage dynamics. These features motivate the development of more advanced, systematic, and robust control methodologies. To address these challenges, this monograph introduces the fully actuated system (FAS) approach as a powerful control-oriented modeling and controller design framework for renewable power systems. The FAS methodology provides a systematic complement to conventional state-space and nonlinear control approaches and is particularly well suited to systems with nonlinear, coupled, and heterogeneous dynamics. Starting from the original physical and controllevel models, it constructs fully actuated representations that expose the actuation structure of selected input–output or regulation-error dynamics. With its mathematical foundations in differential equations and differential geometric control theory, particularly in the use of diffeomorphic transformations, the FAS approach offers distinctive theoretical advantages and provides a powerful framework for engineering control applications. Under appropriate structural and feasibility conditions, these representations provide substantial flexibility in assigning desired closed-loop characteristics and can greatly simplify controller synthesis and stability analysis. Compared with conventional trial-and-error design procedures, the FAS approach can reduce reliance on heuristic parameter tuning by establishing a more direct relationship between controller parameters and desired dynamic performance. It also facilitates the development of controllers with transparent structures, flexible parameter configurations, and strong extensibility to predictive, learning-based, distributed, and resilient control. These features make the FAS methodology a particularly promising theoretical and engineering tool for the modeling and control of contemporary renewable power systems. The particular value of the FAS methodology for renewable power systems lies in its ability to establish a direct and structured connection between physicalsystem dynamics, control objectives, and closed-loop controller design. Converterinterfaced renewable power systems commonly involve heterogeneous component dynamics, nonlinear operating characteristics, hierarchical control loops, and distributed interactions among generation, networks, loads, and energy storage units. Within this context, FAS representations provide systematic means of reorganizing complex and coupled dynamics into forms that are more transparent and tractable for controller synthesis. This feature can facilitate the coordinated treatment of voltage, frequency, current, and power regulation objectives while supporting the integration of predictive, learning-based, distributed, and resilient control mechanisms. More importantly, the FAS approach offers a coherent methodological perspective rather than an isolated controller design technique. By retaining the relevant physical structure of the original system while exposing additional freedom for assigning selected closed-loop dynamics, it provides a promising bridge between advanced nonlinear control theory and practical power electronic applications. Its extensibility across different converter configurations, operating conditions, and control layers makes it particularly attractive for renewable power systems, whose structures and control requirements continue to evolve rapidly. Accordingly, a central purpose of this monograph is not merely to present a collection of individual control algorithms, but to demonstrate how FAS-based modeling can provide a common foundation for the systematic analysis, design, and coordination of modern renewable power systems.
این کتاب را میتوانید از لینک زیر بصورت رایگان دانلود کنید:
Download: Control of Renewable Power Systems A Fully Actuated System Approach





نظرات کاربران