Contributions to cascade linear control strategies applied to grid-connected Voltage-Source Converters

El trabajo desarrollado en esta Tesis se centra en optimizar el comportamiento de Voltage-Source Converters (VSCs) cuando son utilizados como interfaz con la red eléctrica, tanto para absorber como para entregar energía de la red con la mejor calidad posible y cumpliendo con los estándares. Para tal fin, esta Tesis se centra en el control de sistemas lineales conectados en cascada aplicados al control de VSCs conectados en paralelo con la red eléctrica a través de un filtro L, especialmente en conexiones con redes débiles y en dos líneas de trabajo: (i) seguimiento de armónicos de las corrientes de red y rechazo de armónicos de las tensiones de red, y (ii) control de la tensión del PCC en caso de desequilibrio. Para ello, esta Tesis realiza contribuciones en el área del control de corriente y control de la tensión del PCC. De entre las técnicas existentes para implementar el control de corriente para compensación armónica, dos de las más utilizadas son el control resonante y el control repetitivo, tanto en ejes de referencia estacionarios como síncronos. Se ha realizado un exhaustivo estudio de diferentes estructuras para implementar tales controles, mostrando su algoritmo adaptativo en frecuencia para cada una de ellas y analizando su carga computacional. Además, se han facilitado directrices básicas para su programación en un DSP. Se ha analizado también el esquema de control de corriente para establecer una comparación entre las diferentes estructuras. Después de estudiar en profundidad el control de corriente de un VSC conectado a la red eléctrica, el segundo control a analizar es el control de tensión del PCC. La presencia de una tensión desequilibrada en el PCC da lugar a la aparición de una componente de corriente de secuencia negativa, que deteriora el comportamiento del sistema de control cuando se emplean las técnicas de control convencionales. Los STATCOMs son bien conocidos por ser una aplicación de potencia capaz de llevar a cabo la regulación de la tensión en el PCC en líneas de distribución que pueden ser susceptibles de sufrir perturbaciones. Esta Tesis propone el uso de un controlador de tensión en ejes de referencia síncronos para compensar una tensión desequilibrada a través de un STATCOM, permitiendo controlar independientemente tanto la secuencia positiva como la secuencia negativa. Además, este controlador incluye aspectos como un mecanismo de antiwindup y droop control para mejorar su comportamiento. Se han realizado varias pruebas experimentales para analizar las características de los controladores de corriente abordados en esta Tesis. Todas ellas han sido realizadas bajo las mismas condiciones de potencia, tensión y corriente, de modo que se pueden extraer resultados comparativos. Estas pruebas pretenden caracterizar la respuesta transitoria, la respuesta en régimen permanente, el comportamiento frente a saltos de frecuencia y la carga computacional de los controladores de corriente estudiados

Modelling, control and analysis of a voltage source converter

The present thesis describes the modelling and control of a three-phase voltage source converter for electrochemical storage systems and renewable energy generation connected to the grid by means of a simplified averaged model. Open and closed-loop control structures based on lineal classical controllers are explored. Control scheme, including PLL, inner current loop and outer loops (active and reactive power and DC voltage), is detailed and parametrisation of the controllers is carried out. The dynamic model is implemented and its simulations are used to further study the converter’s response. Voltage dip faults, capability curves and current limitation and voltage stability under different grid impedance are analytically discussed and in depth analyzed through simulationsLa present tesi descriu la modelització i el control d’un convertidor trifàsic de font de voltatge per a sistemes d’emmagatzematge electroquímic i generació d’energia renovable con- nectats a la xarxa mitjançant un model simplificat mitjà. Es fan exploracions de les estructures de control en llaç obert i tancat basades en controladors clàssics lineals. Es detalla el sistema de control, incloent el PLL, el llaç de corrent intern i els llaços externs (potència activa i reactiva i voltatge DC) i es realitza la parametrització dels controladors. El model dinàmic s’implementa i les simulacions s’utilitzen per aprofundir en l’estudi de la resposta del convertidor. Les faltes de caiguda de tensió, les corbes de capacitat i les limitacions de corrent i la estabilitat de voltatge envers diferents impedàncies de xarxa primer es discuteixen analíticament i després s’analitzen a fons mitjançant simulacionsLa presente tesis describe la modelización y control de un convertidor trifásico de fuente de voltaje para sistemas de almacenamiento electroquímico y generación de energía renovable conectados a la red mediante un modelo simplificado promedio. Se exploran estructuras de control en lazo abierto y cerrado basadas en controladores clásicos lineales. Se detalla el sistema de control, incluyendo el PLL, el lazo de corriente interno y los lazos externos (potencia activa y reactiva y voltaje DC) y se realiza la parametrización de los controladores. El modelo dinámico se implementa y las simulaciones se utilizan para profundizar en el estudio de la respuesta del convertidor. Las faltas de caída de tensión, las curvas de capacidad y las limitaciones de corriente y la estabilidad de voltaje bajo diferentes impedancias de red se discuten primero analíticamente y luego se analizan en profundidad mediante simulacione

Study and Analysis of Power System Stability Based on FACT Controller System

Energy framework soundness is identified with standards rotational movement and the swing condition administering electromechanical unique conduct. In the exceptional instance of two limited machines, the basis of equivalent territory security can be utilized to ascertain the basic clearing point in the force framework, It is important to look after synchronization, in any case the degree of administration for customers won't be accomplished. This term steadiness signifies "looking after synchronization." This paper is an audit of three kinds of consistent state. The main sort of adjustment, consistent state steadiness clarifies the most extreme consistent state quality and force point chart. The transient solidness clarifies the wavering condition and the idleness steady while dynamic soundness manages the transient security time frame. There are a few different ways to improve framework soundness a portion of the techniques are clarified. Versatile AC Transmission Frameworks (FACTS) Flexible AC Transmission System (FACTS) regulators have been utilized frequently to comprehend the different issues of a non-variable force structure. Versatile AC Transmission Frames or FACTS are devices that permit versatile and dynamic control of intensity outlines. Improving casing respectability has been explored with FACTS regulators. This examination focuses to the upsides of utilizing FACTS apparatuses with the explanation behind improving electric force tire activity. There has been discussion of an execution check for different FACTS regulators

STATCOM and SVC with Wind Turbines

The large wind parks are the feasible solution in order to generate clean energy compared with conventional power plants. Therefore, the interest in the Wind Energy Conversion System (WECS) is quickly increasing to reduce the fossil fuels dependencies. While the penetration of the WECS increases into the grid, many of the technical challenges have appeared. Low voltage Ride Through (LVRT) is the new requirement which needs to be fulfill when the amount of wind power generation increases, to be able to guarantee the power system reliability and stability. The voltage dips that result from faults in the grid can lead to a loss generation unit. According to the LVRT, WTs are required to be always connect during the fault, and to support the power system by supplying reactive power to ensure grid stability. The main purpose of the thesis was to investigate that how the LVRT of Doubly Fed Induction Generator (DFIG) based Wind Turbine Generator (WTG) can be enhanced using shunt connected Flexible AC Transmission System (FACTS) devices Static Synchronous Compensator (STATCOM) and Static Var Compensator (SVC). The theoretical background related to the LVRT enhancement using STATCOM and SVC is performed, and results are verified by the simulation model. This thesis is constructed in 5 Chapters, Chapter 1 gives an overview about the problems related to wind power. Chapter 2 explains the different grid codes and different topologies of the wind turbine technologies. Chapter 3 explains the working principle, construction and applications of the STATCOM and SVC. A comprehensive comparison between the STATCOM and SVC is also explained in this chapter. The operation of DFIG wind turbine during voltage dip is analyzed by using the simulation model in the next Chapter. In the first case, the effect of a three-phase fault on the power system was analyzed without using any compensation device. The LVRT requirements were not fulfilled without any compensation device. Therefore, in the second case, SVC was added in the model. Some improvement was observed in this case, but it was not enough to fulfill very strict LVRT requirements such as German Grid Codes (GGCs).Therefore, in the third case, SVC is replaced by STATCOM to meet the LVRT requirement of GGCs. In the last case, three different ratings of STATCOM were utilized to see the effect on the grid voltage and reactive power support by STATCOMs. The key findings of this thesis work are reported by Chapter 5

Technical solutions for low-voltage microgrid concept

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