< Terug naar vorige pagina

Project

Stabiliteitsanalyse van offshore HVDC-energiesystemen

De voortdurende overgang van conventionele op fossiele brandstoffen gebaseerde energiecentrales naar hernieuwbare energiebronnen, gekoppeld aan de voortdurende elektrificatie van de industrie, transport, residentiële en commerciële sectoren, wordt mogelijk gemaakt door ingrijpende veranderingen binnen het elektrische energiesysteem. Nieuwe methoden voor het opwekken van elektriciteit, zoals windmolenparken, bevinden zich vaak op aanzienlijke afstanden van bevolkingscentra, terwijl fotovoltaïsche panelen op daken vaak zijn geïntegreerd in stedelijke landschappen, waardoor ze dichter bij eindgebruikers komen. Deze vooruitgang is significant en markeert niet alleen een breuk met het conventionele gecentraliseerde opwekkingsparadigma van de afgelopen eeuw, maar ook met de afhankelijkheid van de grote synchrone generatoren van traditionele energiecentrales, aangezien hernieuwbare bronnen doorgaans zijn verbonden met het net via vermogenelektronische omvormers. Bovendien is er, om de onderbroken en onzekere aard van de productie van hernieuwbare energie te verminderen, een groeiende behoefte aan verbeterde internationale en langeafstandsverbindingen. In deze context speelt de technologie voor hoogspanningsgelijkstroomtransmissie (HVDC) een steeds belangrijkere rol en wordt verwacht dat het de ruggengraat wordt van moderne energiesystemen. Natuurlijk moeten HVDC-systemen interageren met bestaande wisselstroomsystemen, een taak die voornamelijk wordt volbracht door grootschalige omvormers.

Wat bijzondere aandacht verdient, is het onderscheidende dynamische gedrag van omvormers in tegenstelling tot dat van synchrone generatoren. Vertrouwend op geschakelde halfgeleiderapparaten met weinig tot geen intrinsieke energieopslag, zijn omvormers ook in staat om te reageren op storingen binnen zeer korte tijdsbestekken en over brede frequentiegebieden. Als gevolg hiervan beginnen er vandaag de dag in de technologiemix nieuwe vormen van ongewenste interacties tussen omvormers en hun nabije elektrische omgeving te ontstaan, waarvan sommige ernstige gevolgen kunnen hebben. Een grondig onderzoek en beter begrip van de mechanismen die aan deze interacties ten grondslag liggen, zijn cruciaal om proactieve maatregelen te nemen en te voorkomen dat ongewenste dynamische fenomenen de stabiele werking van moderne en toekomstige energiesystemen in gevaar brengen.

Onder de verschillende soorten omvormers springt de  modulaire multilevel omvormer (MMC) eruit vanwege zijn verbeterde efficiëntie en schaalbaarheid, die gepaard gaan met een uitgebreide topologie en complexe regelstructuren. Hoewel er meerdere methoden zijn om mogelijke ongewenste interacties met omvormers te bestuderen, beginnen methoden die geschikt waren voor de vorige generaties van het energiesysteem, nauwkeurigheid te missen bij het aanpakken van de bijzondere kenmerken van de MMC, zoals de harmonische tijdperiodieke aard van zijn variabelen in stationaire toestand en niet te verwaarlozen vertragingen in zijn regelstructuur.

In deze scriptie worden wiskundige denkkaders bestudeerd en ontwikkeld om meer nauwkeurige stabiliteitsbeoordelingen van kleine signalen mogelijk te maken, waarbij specifiek wordt ingegaan op onopgeloste uitdagingen van op MMC gebaseerde HVDC-systemen. Een overzicht van technieken voor de berekening van periodieke banen motiveert de ontwikkeling van een op Fourier gebaseerde collocatiemethode om de stationaire harmonische inhoud van de MMC efficiënt te berekenen, rekening houdend met de niet-lineariteit in zijn dynamische vergelijkingen. In combinatie met linearisatie toont een diepgaand overzicht van benaderings- en transformatiemethoden van tijdperiodieke naar tijdinvariante modellen de voordelen van frequentie-verhogende benaderingen, zoals de harmonische toestandsruimte, aan in termen van flexibiliteit en nauwkeurigheid. Ten slotte wordt een algemene formulering van de harmonische toestandsruimte vastgesteld om modale analyse van systemen met de MMC mogelijk te maken en rekening te houden met zowel zijn tijdperiodieke als tijdvertraagde kenmerken, waarbij gangbare vertragingbenaderingen worden weggelaten.

Datum:14 sep 2018 →  31 jan 2024
Trefwoorden:HVDC, Stability analysis, Power systems, Power electronics, Control dynamics, Dynamic converters interactions
Disciplines:Andere ingenieurswetenschappen en technologie, Andere elektrotechniek en elektronica, Modellering, Automatisatie en controlesystemen
Project type:PhD project