DECENTRALIZED HIGHER ORDER SLIDING MODE CONTROL OF DC MICROGRIDS WITH ARBITRARY TOPOLOGY

This thesis deals with the design of a decentralized control scheme that relies on advanced control strategies of Sliding Mode (SM) type to regulate the voltage in islanded Direct Current (DC) microgrids. More specifically, the model of an islanded DC microgrid composed of several Distributed Generation units (DGus) interconnected according to an arbitrary complex and meshed topology including loops, is presented. The model takes into account the power lines dynamics and is affected by unknown load demand and unavoidable modelling uncertainties. First, a Second Order Sliding Mode (SOSM) control algorithm, belonging to the class of Suboptimal SOSM control, is proposed to solve the voltage control problem. Then, in order to obtain a continuous control signal that can be used as duty cycle of the power converter, a third order Sliding Mode (3-SM) control strategy is presented. Finally, the proposed decentralized control scheme is theoretically analyzed and assessed in simulation, proving the asymptotic stability of the system and confirming the effectiveness of the proposed solutions, with respect to traditional Proportional-Integral (PI) controllers.

CONTROLLO DECENTRALIZZATO SLIDING MODE DI MICROGRID DC CON TOPOLOGIA ARBITRARIA. La presente tesi si occupa della progettazione di uno schema di controllo decentralizzato che si basa su strategie di controllo avanzate ti tipologia Sliding Mode (SM) per regolare la tensione in una microgrid in corrente continua (DC) a isola. Più specificatamente, viene presentato il modello di una microgrid DC a isola composta da diverse unità di Generazione Distribuita (DGus) interconnesse secondo una topologia arbitraria e magliata che include anche anelli. Il modello tiene in considerazione le dinamiche delle linee, richieste di carico sconosciute e inevitabili incertezze di modellizzazione. Per la risoluzione del problema del controllo della tensione viene innanzitutto proposto un algoritmo di controllo Sliding Mode del Secondo Ordine (SOSM) appartenente alla classe dei controlli SOSM sub-ottimi. Dopo di che viene presentato una strategia di controllo Sliding Mode del terzo ordine (3-SM) per ottenere un segnale di controllo continuo che può essere utilizzato come duty cycle del convertitore. Infine, lo schema di controllo decentralizzato proposto è teoricamente analizzato e valutato in simulazione, dimostrando l'asintotica stabilità del sistema e confermando l'efficacia delle soluzioni proposte rispetto a un tradizionale controllore Proporzionale-Integrale (PI).