HVDC Control and operation for the integration of extremely high-RES systems with focus on permanent DC faults

This master thesis presents the control and analysis of a DC fault on a zero inertia offshore grid integrating multiple Voltage Source Converters. The system analyzed consists in an offshore grid which includes two wind power plants and two offshore converter platforms. These two offshore converter platforms are connected to two different onshore grids through High Voltage Direct Current (HVDC) point-to-point connections. First, the modeling and control of Voltage Source Converters for offshore wind energy HVDC systems are presented. Two control strategies are described for them depending on their operating mode which can be grid-forming or grid-following. Then, the complete model of the system, including the onshore grids, is presented. For simulation purposes an aggregated model is used for the WPPs. Further, two control methods for power reduction for the system to be able to perform correctly under DC faults are proposed. Finally, a simulation of the modelled system under a pole-to-pole DC fault on one of the HVDC transmission links is performed and evaluated by means of time domain simulations using Matlab Simulink®.Outgoin

Modelització, disseny i control d'un generador eòlic utilitzant diferents metodologies de control

En aquest treball es presenta la modelització, disseny i control d’un generador eòlic d’inducció de tipus gàbia d’esquirol (SCIG) considerant diferents metodologies de control sobre aquest. Primerament, es realitza la modelització d’una turbina eòlica, des de la captació del vent fins a l’obtenció de potència elèctrica a través del generador, connectant aquest a la xarxa. Posteriorment, aquest primer model es simula i s’estudia el seu comportament. A continuació, s’introdueix un convertidor estàtic de potència del tipus Voltage Source Converter (VSC) entre la màquina d’inducció i la xarxa elèctrica i s’implementen dues metodologies de control sobre aquest convertidor: el control Tensió-Freqüència i el Control Vectorial. Tot seguit, s’estudia el comportament cada un dels models obtinguts (un per a cada tipus de control). Finalment, es realitza una comparativa entre els tres models estudiats. L’estudi de cada model es realitza mitjançant simulació amb un software del tipus EMTP (ElectroMagnetic Transients Program)

North Sea Wind Power Hub: System Configurations, Grid Implementation and Techno-economic Assessment

In 2017, Energinet and TenneT, the Danish and Dutch Transmission System Operators (TSOs), have announced the North Sea Wind Power Hub (NSWPH) project. The project aims at increasing by 36 GW the North Sea offshore wind capacity, with an artificial island collecting all the power produced by wind turbines and several HVDC links transmitting this power to the onshore grids. This project brings together new opportunities and new challenges, both from a technical and economic point of view. In this regard, this paper presents three analyses regarding the design and operation of such an offshore system. First, we perform a techno-economic assessment of different grid configurations for the collection of the power produced by wind farms and its transmission to the hub. In this analysis, two frequencies and two voltage levels for the operation of the offshore grid are investigated. Our findings show that the nominal-frequency high-voltage option is the more suitable, as low-frequency does not bring any advantage and low-voltage would results in higher costs. The second analysis is related to the differences in operating the system with low- or zero-inertia; different dynamic studies are performed for each configuration to identify proper control actions and their stability properties. Comparing the outcomes of the simulations, we observed that voltage and frequency oscillations are better damped in the zero-inertia system; however, the risk of propagating offshore faults in the connected onshore grids is mitigated with the inclusion of the synchronous condensers. Lastly, a comparison of ElectroMagnetic Transient (EMT) and phasor-mode (also known as RMS) models is presented, in order to understand their appropriateness of simulating low- and zero- inertia systems. The results show that phasor approximation modelling can be used, as long as eigen-frequencies in power network are well damped.Comment: Submitted to "CIGRE Technical Exhibition 2020 - Session 48" on January 3, 2020 - Revised on February 15, 2020 - Accepted on June 4, 202

Modelització, disseny i control d'un generador eòlic utilitzant diferents metodologies de control

En aquest treball es presenta la modelització, disseny i control d’un generador eòlic d’inducció de tipus gàbia d’esquirol (SCIG) considerant diferents metodologies de control sobre aquest. Primerament, es realitza la modelització d’una turbina eòlica, des de la captació del vent fins a l’obtenció de potència elèctrica a través del generador, connectant aquest a la xarxa. Posteriorment, aquest primer model es simula i s’estudia el seu comportament. A continuació, s’introdueix un convertidor estàtic de potència del tipus Voltage Source Converter (VSC) entre la màquina d’inducció i la xarxa elèctrica i s’implementen dues metodologies de control sobre aquest convertidor: el control Tensió-Freqüència i el Control Vectorial. Tot seguit, s’estudia el comportament cada un dels models obtinguts (un per a cada tipus de control). Finalment, es realitza una comparativa entre els tres models estudiats. L’estudi de cada model es realitza mitjançant simulació amb un software del tipus EMTP (ElectroMagnetic Transients Program)