Controle interacties in transmissienetten met meerdere VSC HVDC omvormers

Elektriciteitssystemen worden geconfronteerd met de belangrijkste uitdagingen sinds hun ontstaan. Er wordt massaal hernieuwbare energie opgewekt en de deelname van consumenten aan het energiesysteem neemt toe. De daaruit voortvloeiende onvoorspelbaarheid van de energiestromen leidt tot een toenemende behoefte aan flexibiliteit en regelbaarheid. In deze behoeften kan worden voorzien door het gebruik van vermogenselektronica. Met name omvormers op basis van vermogenselektronica worden op generatie-, transmissie- en consumentenniveau met het elektriciteitsnet verbonden. Tegelijkertijd worden traditionele installaties, zoals synchrone machines, geleidelijk afgebouwd.

Vanuit een dynamisch perspectief biedt vermogenselektronica een andere en snellere dynamiek en sturing dan traditionele installaties. De snelle regellussen van deze apparaten hebben invloed op een breder frequentiebereik en bereiken aanzienlijk hogere frequenties dan de regelcircuits van traditionele installaties. Met de massale installatie van converters in het netwerk, zal de dynamiek van de converters meer overheersen. Deze dynamiek kan aanleiding geven tot interferenties tussen verschillende installaties en met het omliggende netwerk, waardoor stabiliteitsproblemen ontstaan. Met name de dynamica van de omvormer heeft invloed op de demping van het systeem bij hoge frequenties. De interactie tussen de dynamica van de omvormersturing en de elektromagnetische netwerkdynamica resulteert zo in een nieuw opkomend stabiliteitsprobleem, de zogenaamde elektromagnetische of harmonische kleinsignaal stabiliteit. Dit probleem is al opgedoken bij de installatie van de eerste VSC HVDC-aansluitingen in het hoogspanningsnet.

Dit werk levert de nodige hulpmiddelen en methodologieën om de interacties tussen omvormers in een vermaasd elektriciteitsnetwerk analytisch te analyseren in het frequentiedomein. De nadruk ligt op het aanpakken van de elektromagnetische instabiliteit door gebruik te maken van het impedantiegebaseerde stabiliteitscriterium en breedbandmodellen van componenten. Bijgevolg bevat dit werk ook aanbevelingen voor een nauwkeurige modellering van de netelementen in de analyse en toont het de impact van misleidende inschattingen van traditionele en momenteel uitgebreide praktijken en modellen voor de analyse van het elektriciteitssysteem. Ten slotte worden verschillende controletechnieken voorgesteld om de interacties tussen omvormers te beperken.