On Modeling and Stability Analysis of Grid-Connected Voltage Source Converters
Tid: Fr 2021-06-04 kl 10.00
Plats: zoom link for online defense (English)
Ämnesområde: Elektro- och systemteknik
Respondent: Hongyang Zhang , Elkraftteknik, Power Electronics
Opponent: Professor Xiaoming Yuan, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, China
Handledare: Stefan Östlund, Elkraftteknik
Abstract
Med ökad användning av spänningsstyva omriktare (VSC) i nätet har instabilitetsfenomen på grund av växelverkan mellan omriktare och nät observerats. Modellering och analys av stabiliteten hos nätanslutna omriktare har därför utvecklats till ett populärt och omfattande forskningsämne. Ökad andel förnybara energikällor har dessutom inneburit att elkraftsystemet har förlorat delar av sina tröghetsmassor. Det leder till att stora och snabba frekvensavvikelser är vanligare i jämförelse med förhållandena i konventionella nät. Modellering och reglering av spänningsstyva omriktare i nät med låg tröghet är således av avgörande betydelse. Huvudsyftet med avhandling har varit att utveckla småsignalmodeller för nätanslutna omriktare och analysera stabiliteten hos dessa.
Som ett resultat av dynamiken hos det synkrona koordinatsystemet ($dq$) är strukturen för det dynamiska systemet s.k. multiple-input multiple-output (MIMO). Konventionellt analyseras, för ett sådant system, småsignalstabiliteten antingen genom modalanalys eller genom en impedansmetod baserad på MIMO. En av målsättningarna i avhandlingen har varit att utveckla metoder, för modellering och analys av ett MIMO-system, baserat på en single-input single-output (SISO) formulering av systemet. I jämförelse med de konventionella metoderna löser SISO-metoderna svårigheterna med att definiera stabilitetsmarginalerna för enskilda slutna slingor. Metoderna ger dessutom intuitiva lösningar för utformningen av regleringen av enskilda slingor.
Avhandlingen undersöker också modellering och reglering av nätanslutna VSC:er anslutna till nät med liten tröghet. I avhandlingen illustreras hur en VSC med korrekt energilagring är kapabel att emulera tröghetsresponsen från en synkronmaskin i avseende att förbättra nätets frekvensdynamik. Även andra strategier för frekvenskontroll har visat sig vara fördelaktiga. Avslutningsvis undersöks de fel som introduceras i småsignalmodellen i samband med fas- och frekvensändringar. Slutsatsen är att småsignalmodellens fel alltid existerar under fasförändringar. Vid frekvensavvikelser ska stabilitetsanalysen ske vid den aktuella frekvensen i det stationära fallet.