kth.sePublikationer KTH
Driftstörningar
Det förekommer återkommande driftstörningar på några av sök-portalerna på grund av hög belastning. Vi arbetar på att lösa problemet, ni kan tillfälligt mötas av ett felmeddelande.
Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
SISO Transfer Functions for Stability Analysis of Grid-Connected Voltage-Source Converters
ABB, Power Grids Div, Vasteras, Sweden..
ABB, Corp Res, Vasteras, Sweden..
Aalborg Univ, Dept Energy Technol, Aalborg, Denmark..
ABB, Power Grids Div, Vasteras, Sweden..
Visa övriga samt affilieringar
2018 (Engelska)Ingår i: 2018 International Power Electronics Conference (IPEC-NIIGATA 2018 -ECCE ASIA), Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 2018, s. 3684-3691Konferensbidrag, Publicerat paper (Refereegranskat)
Abstract [en]

Converter grid interaction is of great interest in a weak-grid condition. In this paper, an alternative multi-input multi-output closed-loop system is developed for the stability analysis of grid-connected voltage-source converters. In contrast to the conventional dq-impedance model and the eigenvalue analysis, this model eventually yields a single-input single-output transfer function. This enables to apply a single Nyquist curve for analyzing the overall system stability. The model is validated against time domain simulations and it shows excellent accuracy for predicting the system stability.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 2018. s. 3684-3691
Serie
International Conference on Power Electronics, ISSN 2150-6078
Nyckelord [en]
multi-input multi-output (MIMO), Nyquist stability criterion, single-input single-output (SISO), voltage-source converter (VSC), weak grid
Nationell ämneskategori
Annan elektroteknik och elektronik
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:kth:diva-239512DOI: 10.23919/IPEC.2018.8507452ISI: 000449328903102Scopus ID: 2-s2.0-85057325164ISBN: 978-4-88686-405-5 (tryckt)OAI: oai:DiVA.org:kth-239512DiVA, id: diva2:1266174
Konferens
8th International Power Electronics Conference (IPEC-Niigata ECCE Asia), MAY 20-24, 2018, Niigata, JAPAN
Tillgänglig från: 2018-11-27 Skapad: 2018-11-27 Senast uppdaterad: 2022-06-26Bibliografiskt granskad
Ingår i avhandling
1. On Modeling and Stability Analysis of Grid-Connected Voltage Source Converters
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>On Modeling and Stability Analysis of Grid-Connected Voltage Source Converters
2021 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

With increasing deployment of voltage source converters (VSCs) in the grid, instability phenomena due to converter--grid interactions have been observed. Modeling and stability analysis of grid-connected VSCs have become popular research topics. Moreover, the power system is losing its inertia with increased penetration of renewable energy resources. Large and fast frequency deviations tend to vary more frequently compared to the conventional grid. The control and modeling of VSCs in the low-inertia grid is thus a crucial topic. The main objective of this thesis is the small-signal modeling and stability analysis of grid-connected VSCs. 

As a result of the asymmetrical synchronous reference ($ dq $) frame dynamics, the structure of the dynamical system is multi-input multi-output (MIMO). Conventionally, the small-signal stability analysis for such a system is conducted either by the modal-analysis approach or the impedance based method, which is based on MIMO. In this thesis, methods for modeling and analyzing a MIMO system using a single-input single-output (SISO) approach are developed. Compared to conventional methods, the SISO methods overcome the difficulties of defining the stability margins for individual closed loops. Moreover, the methods provide intuitive solutions to the design of controllers for individual closed loops. 

The thesis also investigates the control and modeling of grid-connected VSCs connected to low-inertia grids. It is illustrated that, for improvement of network frequency dynamics, a VSC with proper energy storage is capable to emulate inertial response from a synchronous machine. Moreover, other frequency control strategies are shown to be beneficial, compared to the inertial emulation. In addition, the inaccuracies for the $ dq $-frame small-signal model, in the presence of phase jumps and frequency deviations, are investigated. It is concluded that the inaccuracy of the small-signal model always exists under phase jumps. In the presence of frequency deviation, the stability analysis shall be evaluated at the steady-state operating point of the frequency.

Abstract [sv]

Med ökad användning av spänningsstyva omriktare (VSC) i nätet har instabilitetsfenomen på grund av växelverkan mellan omriktare och nät observerats. Modellering och analys av stabiliteten hos nätanslutna omriktare har därför utvecklats till ett populärt och omfattande forskningsämne. Ökad andel förnybara energikällor har dessutom inneburit att elkraftsystemet har förlorat delar av sina tröghetsmassor. Det leder till att stora och snabba frekvensavvikelser är vanligare i jämförelse med förhållandena i konventionella nät. Modellering och reglering av spänningsstyva omriktare i nät med låg tröghet är således av avgörande betydelse. Huvudsyftet med avhandling har varit att utveckla småsignalmodeller för nätanslutna omriktare och analysera stabiliteten hos dessa.

Som ett resultat av dynamiken hos det synkrona koordinatsystemet ($dq$) är strukturen för det dynamiska systemet s.k. multiple-input multiple-output (MIMO). Konventionellt analyseras, för ett sådant system, småsignalstabiliteten antingen genom modalanalys eller genom en impedansmetod baserad på MIMO. En av målsättningarna i avhandlingen har varit att utveckla metoder, för modellering och analys av ett MIMO-system, baserat på en single-input single-output (SISO) formulering av systemet. I jämförelse med de konventionella metoderna löser SISO-metoderna svårigheterna med att definiera stabilitetsmarginalerna för enskilda slutna slingor. Metoderna ger dessutom intuitiva lösningar för utformningen av regleringen av enskilda slingor. 

Avhandlingen undersöker också modellering och reglering av nätanslutna VSC:er anslutna till nät med liten tröghet. I avhandlingen illustreras hur en VSC med korrekt energilagring är kapabel att emulera tröghetsresponsen från en synkronmaskin i avseende att förbättra nätets frekvensdynamik. Även andra strategier för frekvenskontroll har visat sig vara fördelaktiga. Avslutningsvis undersöks de fel som introduceras i småsignalmodellen i samband med fas- och frekvensändringar. Slutsatsen är att småsignalmodellens fel alltid existerar under fasförändringar. Vid frekvensavvikelser ska stabilitetsanalysen ske vid den aktuella frekvensen i det stationära fallet.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
KTH Royal Institute of Technology, 2021
Serie
TRITA-EECS-AVL ; 2021:28
Nyckelord
Low-inertia grid, multiple-input multiple-output (MIMO), single-input single-output (SISO), small-signal model, stability analysis, voltage source converters (VSCs)
Nationell ämneskategori
Annan elektroteknik och elektronik
Forskningsämne
Elektro- och systemteknik
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-294393 (URN)978-91-7873-856-4 (ISBN)
Disputation
2021-06-04, Ångdomen, Osquars backe 31, Kungliga Tekniska högskolan, Brinellvägen 8, Stockholm, 10:00 (Engelska)
Opponent
Handledare
Anmärkning

QC 20210518

Tillgänglig från: 2021-05-18 Skapad: 2021-05-17 Senast uppdaterad: 2022-09-16Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

Fulltext saknas i DiVA

Övriga länkar

Förlagets fulltextScopus

Person

Nee, Hans-Peter

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Nee, Hans-Peter
Av organisationen
Elkraftteknik
Annan elektroteknik och elektronik

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
isbn
urn-nbn

Altmetricpoäng

doi
isbn
urn-nbn
Totalt: 292 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf