Estratégia de controle de margem de tensão aprimorada para sistemas HVDC multiterminal com base no conversor modular multinível para robustez frente a perturbações

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Santos, Maxwel da Silva
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFRN
Texto Completo: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/33304
Resumo: Nos sistemas modernos, a tecnologia de transmissão de corrente contínua de alta tensão multiterminal (MT-CCAT) tem sido considerada a tecnologia-chave para a transmissão de energia elétrica em grandes distâncias, interconexões de rede assíncronas e sistemas conversores de energia eólica offshore (SCEE). O objetivo principal de uma rede MT-CCAT é compartilhar a energia entre as redes CA. Porém, esta tecnologia apresenta desafios em sua operação e controle. Portanto, para seu controle é necessário o uso de estratégias de sistema de controle adequadas, como mestre-escravo, tensão de margem, queda de tensão e suas combinações. Neste trabalho, é proposta uma modificação na malha de controle de tensão DC da estratégia de controle de tensão de margem com o objetivo de evitar a degradação do controle de corrente e aumentar a suportabilidade a distúrbios na rede elétrica. Esta modificação é baseada no controle de malha fechada da energia e na compensação do feed-forward da energia da rede CC. O desempenho do método proposto foi avaliado em uma topologia de sistema MT-CCAT em malha de quatro terminais baseado no conversor modular multinível (MMC) em condições anormais de operação e uma comparação com a tensão de margem e estratégias de controle de queda de tensão foi realizada. Os cenários de operação consideram falhas comuns e desafiadoras para sistemas de controle de rede MT-CCAT, como variação do fluxo de energia em uma estação conversora, circuito aberto de uma linha de transmissão CC e falha de uma estação conversora. O controle proposto apresentou o melhor desempenho, obtendo um novo equilíbrio do fluxo de potência com menos oscilações de potência e tensão.
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Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/33304Nos sistemas modernos, a tecnologia de transmissão de corrente contínua de alta tensão multiterminal (MT-CCAT) tem sido considerada a tecnologia-chave para a transmissão de energia elétrica em grandes distâncias, interconexões de rede assíncronas e sistemas conversores de energia eólica offshore (SCEE). O objetivo principal de uma rede MT-CCAT é compartilhar a energia entre as redes CA. Porém, esta tecnologia apresenta desafios em sua operação e controle. Portanto, para seu controle é necessário o uso de estratégias de sistema de controle adequadas, como mestre-escravo, tensão de margem, queda de tensão e suas combinações. Neste trabalho, é proposta uma modificação na malha de controle de tensão DC da estratégia de controle de tensão de margem com o objetivo de evitar a degradação do controle de corrente e aumentar a suportabilidade a distúrbios na rede elétrica. Esta modificação é baseada no controle de malha fechada da energia e na compensação do feed-forward da energia da rede CC. O desempenho do método proposto foi avaliado em uma topologia de sistema MT-CCAT em malha de quatro terminais baseado no conversor modular multinível (MMC) em condições anormais de operação e uma comparação com a tensão de margem e estratégias de controle de queda de tensão foi realizada. Os cenários de operação consideram falhas comuns e desafiadoras para sistemas de controle de rede MT-CCAT, como variação do fluxo de energia em uma estação conversora, circuito aberto de uma linha de transmissão CC e falha de uma estação conversora. O controle proposto apresentou o melhor desempenho, obtendo um novo equilíbrio do fluxo de potência com menos oscilações de potência e tensão.In modern systems, multi-terminal high-voltage direct current (MTDC) transmission technology has been considered the key technology for long-distant bulk electric power transmission, asynchronous grid interconnections, and offshore wind energy converter systems (WECS). The main purpose of an MTDC grid is to share power among the AC grids. However, this technology presents challenges in its operation and control. Therefore, for its control it is necessary to use appropriate control system strategies, such as master-slave, voltage margin, voltage droop, and their combinations. In this work, it is proposed a modification in the DC voltage control loop of the voltage margin control strategy aiming to avoid degradation of current control and to increase the supportability to disturbances in the power grid. This modification is based on closed-loop control of the power and feed-forward compensation of the DC grid power. The performance of the proposed method was assessed in a four-terminal meshed MTDC system topology based on the multilevel modular converter (MMC) under abnormal operating conditions and a comparison with the voltage margin and voltage droop control strategies was accomplished. The operation scenarios consider challenging and common failures for MTDC network control systems such as power flow variation in a converter station, open-circuit of a DC transmission line, and failure of a converter station. The proposed control presented the best performance, obtaining a new balance of power flow with less power and voltage oscillations.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqUniversidade Federal do Rio Grande do NortePROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃOUFRNBrasilControle de margem de tensãoControle Mestre-EscravoConversor modular multinívelCorrente contínua de alta tensão multiterminalControle de queda de tensãoEstratégia de controle de margem de tensão aprimorada para sistemas HVDC multiterminal com base no conversor modular multinível para robustez frente a perturbaçõesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRNORIGINALEstrategiacontrolemargem_Santos_2021.pdfapplication/pdf3926136https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/33304/1/Estrategiacontrolemargem_Santos_2021.pdf556849a8a56fe5cb65486d81dfa64858MD51123456789/333042022-05-02 12:32:10.927oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/33304Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/opendoar:2022-05-02T15:32:10Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
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