LOCAL REACTIVE POWER CONTROL IN A LOW-VOLTAGE MICROGRID USING A 4th-ORDER IIR FILTER
This study analyzes and compares existing methods for regulating reactive power in a low-voltage microgrid (MV) model characterized by a predominance of the active component of transmission line resistances and connected to a medium-voltage distribution network (MV), utilizing reactive power from re...
Saved in:
| Date: | 2025 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2025
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/574 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Vidnovluvana energetika |
Institution
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1856543200236273664 |
|---|---|
| author | Blinov, I. Trach, I. Miroshnyk , V. |
| author_facet | Blinov, I. Trach, I. Miroshnyk , V. |
| author_sort | Blinov, I. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2025-12-30T22:29:08Z |
| description | This study analyzes and compares existing methods for regulating reactive power in a low-voltage microgrid (MV) model characterized by a predominance of the active component of transmission line resistances and connected to a medium-voltage distribution network (MV), utilizing reactive power from renewable energy sources (RES) and energy storage systems (ESS) with inverters. Special attention is given to the local reactive power regulation mode at the output of the distribution transformer, particularly the compensation of reactive power for loads. A key aspect of the study is the in-depth analysis and classification of reactive power parameters in low-voltage microgrids, which are characterized by significant variability in power consumption and a limited number of loads. For the first time, results of the autocorrelation function calculation are presented for this type of microgrid with 10-second quantization intervals for 8 residential houses, revealing the dynamics of reactive power. High autocorrelation (in the range of [0.889, 1.0]) was established over a short interval of 4 cycles, while low autocorrelation was observed over intervals of 15 cycles. The reactive power of the load was classified as a process with "short memory." Based on the findings regarding consumption properties derived from empirical data, a new method of CIIR4 reactive power regulation for the studied network is justified and developed, using a 4th order recursive filter (IIR – Infinite Impulse Response) in a control system with a delay of 1 cycle. The use of "memory" of the filter to a depth of 4 cycles of the previous input signal, adapted to the characteristic properties of the autocorrelation function of the regulated signal, is proposed. During optimization, the stability criterion of the control system was taken into account. An important aspect of the obtained novelty is the optimization of filter parameters by minimizing the mean square error, specifically the reactive power at the output of the distribution transformer. This ensures high compensation efficiency for the specific consumption dynamics of low-voltage microgrids. The method is implemented under conditions of limited information transmission speed regarding the magnitude of the error. The study utilized real data on load fluctuations from a group of residential buildings, collected over weekly time intervals in an operational network with 10-second quantization intervals. An example of the results of optimizing the parameters of the IIR regulator, obtained by minimizing the mean square error in the time domain, is presented. The analysis of the obtained results confirms a high level of reactive power compensation for the loads of low-voltage microgrids and stability of the proposed control system. |
| first_indexed | 2026-02-08T07:59:26Z |
| format | Article |
| id | veorgua-article-574 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-02-08T07:59:26Z |
| publishDate | 2025 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | veorgua-article-5742025-12-30T22:29:08Z LOCAL REACTIVE POWER CONTROL IN A LOW-VOLTAGE MICROGRID USING A 4th-ORDER IIR FILTER ЛОКАЛЬНЕ РЕГУЛЮВАННЯ РЕАКТИВНОЇ ПОТУЖНОСТІ В МІКРОМЕРЕЖІ НИЗЬКОЇ НАПРУГИ З ВИКОРИСТАННЯМ ФІЛЬТРА IIR 4-ГО ПОРЯДКУ Blinov, I. Trach, I. Miroshnyk , V. voltage control, reactive power, load, microgrid, recursive filter, IIR – Infinite Impulse Response. регулювання напруги, реактивна потужність, навантаження, мікромережа, рекурсивний фільтр, IIR-Infinite impulse response. This study analyzes and compares existing methods for regulating reactive power in a low-voltage microgrid (MV) model characterized by a predominance of the active component of transmission line resistances and connected to a medium-voltage distribution network (MV), utilizing reactive power from renewable energy sources (RES) and energy storage systems (ESS) with inverters. Special attention is given to the local reactive power regulation mode at the output of the distribution transformer, particularly the compensation of reactive power for loads. A key aspect of the study is the in-depth analysis and classification of reactive power parameters in low-voltage microgrids, which are characterized by significant variability in power consumption and a limited number of loads. For the first time, results of the autocorrelation function calculation are presented for this type of microgrid with 10-second quantization intervals for 8 residential houses, revealing the dynamics of reactive power. High autocorrelation (in the range of [0.889, 1.0]) was established over a short interval of 4 cycles, while low autocorrelation was observed over intervals of 15 cycles. The reactive power of the load was classified as a process with "short memory." Based on the findings regarding consumption properties derived from empirical data, a new method of CIIR4 reactive power regulation for the studied network is justified and developed, using a 4th order recursive filter (IIR – Infinite Impulse Response) in a control system with a delay of 1 cycle. The use of "memory" of the filter to a depth of 4 cycles of the previous input signal, adapted to the characteristic properties of the autocorrelation function of the regulated signal, is proposed. During optimization, the stability criterion of the control system was taken into account. An important aspect of the obtained novelty is the optimization of filter parameters by minimizing the mean square error, specifically the reactive power at the output of the distribution transformer. This ensures high compensation efficiency for the specific consumption dynamics of low-voltage microgrids. The method is implemented under conditions of limited information transmission speed regarding the magnitude of the error. The study utilized real data on load fluctuations from a group of residential buildings, collected over weekly time intervals in an operational network with 10-second quantization intervals. An example of the results of optimizing the parameters of the IIR regulator, obtained by minimizing the mean square error in the time domain, is presented. The analysis of the obtained results confirms a high level of reactive power compensation for the loads of low-voltage microgrids and stability of the proposed control system. У дослідженні проаналізовано та порівняно існуючі методи регулювання реактивної потужності в моделі мікромережі (ММ) низької напруги (НН), що характеризується переважаючою активною складовою опорів ліній електропередачі та приєднана до розподільчої мережі середньої напруги (СН), з використанням реактивної потужності відновлюваних джерел енергії (ВДЕ) та установок зберігання електроенергії (УЗЕ) з інверторами. Особливу увагу приділено режиму локального регулювання реактивної потужності на виході розподільчого трансформатора, зокрема компенсації реактивної потужності навантажень.Ключовим аспектом дослідження є глибокий аналіз і класифікація параметрів реактивної потужності ММ НН, які характеризуються значною варіабельністю споживаної потужності та незначною кількістю навантажень. Вперше для такого типу ММ з 10-секундними інтервалами квантування для 8 житлових будинків представлено результати розрахунку автокореляційної функції, що розкривають особливості динаміки реактивної потужності. Встановлено високу автокореляцію (у діапазоні [0.889, 1.0]) на короткому інтервалі в 4 такти, а також низьку автокореляцію на інтервалах від 15 тактів. Реактивну потужність навантаження класифіковано як процес із «короткою пам’яттю».На основі висновків про властивості споживання, отриманих з емпіричних даних, обґрунтовано та розроблено новий метод CIIR4 регулювання реактивної потужності досліджуваної мережі з використанням рекурсивного фільтра (IIR – Infinite Impulse Response) 4-го порядку в системі регулювання із затримкою в 1 такт. Запропоновано використання «пам’яті» фільтра на глибину 4 тактів попереднього вхідного сигналу, адаптованої до характерних властивостей автокореляційної функції сигналу, що регулюється. У процесі оптимізації враховувався критерій стійкості системи регулювання. Важливим аспектом отриманої новизни є оптимізація параметрів фільтра шляхом мінімізації середньоквадратичного відхилення помилки, а саме – реактивної потужності на виході розподільчого трансформатора. Це забезпечує високу ефективність компенсації для специфічної динаміки споживання ММ НН. Метод реалізується за умови обмеженої швидкості передавання інформації про величину помилки.Для дослідження використано реальні дані коливань навантажень групи житлових будинків, зібрані на тижневих інтервалах часу в діючій мережі з інтервалами квантування 10 секунд. Представлено приклад результатів оптимізації параметрів IIR-регулятора, отриманий шляхом мінімізації середньоквадратичної помилки у часовій області. Аналіз отриманих результатів підтверджує високий рівень компенсації реактивної потужності навантажень ММ НН і стійкість запропонованої системи регулювання. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2025-12-27 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/574 10.36296/1819-8058.2025.4(83).42-58 Возобновляемая энергетика; № 4(83) (2025): Scientific and applied Journal renewable energy ; 42-58 Відновлювана енергетика; № 4(83) (2025): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 42-58 Vidnovluvana energetika ; No. 4(83) (2025): Scientific and applied Journal renewable energy ; 42-58 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2025.4(83) uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/574/485 Copyright (c) 2025 Vidnovluvana energetika |
| spellingShingle | voltage control reactive power load microgrid recursive filter IIR – Infinite Impulse Response. Blinov, I. Trach, I. Miroshnyk , V. LOCAL REACTIVE POWER CONTROL IN A LOW-VOLTAGE MICROGRID USING A 4th-ORDER IIR FILTER |
| title | LOCAL REACTIVE POWER CONTROL IN A LOW-VOLTAGE MICROGRID USING A 4th-ORDER IIR FILTER |
| title_alt | ЛОКАЛЬНЕ РЕГУЛЮВАННЯ РЕАКТИВНОЇ ПОТУЖНОСТІ В МІКРОМЕРЕЖІ НИЗЬКОЇ НАПРУГИ З ВИКОРИСТАННЯМ ФІЛЬТРА IIR 4-ГО ПОРЯДКУ |
| title_full | LOCAL REACTIVE POWER CONTROL IN A LOW-VOLTAGE MICROGRID USING A 4th-ORDER IIR FILTER |
| title_fullStr | LOCAL REACTIVE POWER CONTROL IN A LOW-VOLTAGE MICROGRID USING A 4th-ORDER IIR FILTER |
| title_full_unstemmed | LOCAL REACTIVE POWER CONTROL IN A LOW-VOLTAGE MICROGRID USING A 4th-ORDER IIR FILTER |
| title_short | LOCAL REACTIVE POWER CONTROL IN A LOW-VOLTAGE MICROGRID USING A 4th-ORDER IIR FILTER |
| title_sort | local reactive power control in a low-voltage microgrid using a 4th-order iir filter |
| topic | voltage control reactive power load microgrid recursive filter IIR – Infinite Impulse Response. |
| topic_facet | voltage control reactive power load microgrid recursive filter IIR – Infinite Impulse Response. регулювання напруги реактивна потужність навантаження мікромережа рекурсивний фільтр IIR-Infinite impulse response. |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/574 |
| work_keys_str_mv | AT blinovi localreactivepowercontrolinalowvoltagemicrogridusinga4thorderiirfilter AT trachi localreactivepowercontrolinalowvoltagemicrogridusinga4thorderiirfilter AT miroshnykv localreactivepowercontrolinalowvoltagemicrogridusinga4thorderiirfilter AT blinovi lokalʹneregulûvannâreaktivnoípotužnostívmíkromerežínizʹkoínaprugizvikoristannâmfílʹtraiir4goporâdku AT trachi lokalʹneregulûvannâreaktivnoípotužnostívmíkromerežínizʹkoínaprugizvikoristannâmfílʹtraiir4goporâdku AT miroshnykv lokalʹneregulûvannâreaktivnoípotužnostívmíkromerežínizʹkoínaprugizvikoristannâmfílʹtraiir4goporâdku |