Impedance Analysis and Stability Assessment of Modular Multilevel Converters
Tid: Må 2024-12-16 kl 10.00
Plats: H1, Teknikringen 33, Stockholm
Språk: Engelska
Ämnesområde: Elektro- och systemteknik
Respondent: Mehrdad Nahalparvari , Elkraftteknik, Power Electronics
Opponent: Associate Professor Jef Beerten, KU Leuven, Leuven, Belgium
Handledare: Associate professor Staffan Norrga, Elkraftteknik; Professor Hans-Peter Nee, Elkraftteknik
QC 20241120
Abstract
Tack vare av sin skalbarhet, modulära design och höga verkningsgrad anses modulära multinivå-omvandlare (MMC) vara den främsta topologin för högspänd likströmsöverföring (HVDC) och flexibel växelströmstransmission (FACT). Att säkerställa stabilitet på omvandlar- och systemnivå är avgörande för att möjliggöra storskalig integration av dessa omvandlare i framtida elnät.
I likhet med andra kraftelektroniksystem kan stabiliteten hos MMC-anslutna likströms- och växelströmssystem bedömas genom det impedansbaserade stabilitetskriteriet, vilket kräver detaljerad modellering eller mätning av omvandlarnas-terminalimpedanserna. Huvudsyftet med denna avhandling är således att modellera likströms- och växelströmsimpedansen för MMC:erna vid olika implementeringar av styrsystemen. Därför undersöks inverkan av olika styrprinciper och parametrar på omvandlarens impedans, vilket resulterar i modeller som fungerar som verktyg för att analysera potentiella oönskade interaktioner mellan omvandlarens styrdynamik och det system som omvandlaren är ansluten till.
Avhandlingen fokuserar också på att utveckla impedansmodeller för situationer där delar av styrsystemet är dolda, för att skydda immateriella rättigheter. Genom att kombinera systemidentifiering i frekvensplanet och harmonisk linjärisering, integreras dessa dolda styrsystemkomponenter i impedansmodellen. Detta tillvägagångssätt gör det möjligt att analysera effekten av parameterval för yttre, ej dolda, reglerslingor på omvandlarens stabilitet.
Slutligen bedömer avhandlingen stabiliteten i flera fall där MMC:er ansluts till likströms- eller växelströmssystem. Följaktligen föreslås aktiva dämpningslösningar för att mildra övertonsresonanser som uppstår genom växelverkan mellan omvandlaren och likströms- eller växelströmssystemen. Teoretiska analyser underbyggs genom simuleringar i tidplanet och laboratorieexperiment.
Viktiga bidrag utgörs av utvecklingen av impedansmodeller under olika styrprinciper och en metod för att uppskatta likströmssidans impedans i MMC-system med black-box-styrning. Resultaten ger insikter i impedansstyrning, stabilitetsfrågor och effektiva dämpningsstrategier i MMC-baserade system.