Control of direct current connections (HVDC) for the damping of inter-area oscillations
Commande des liaisons à courant continu (HVDC) pour l'amortissement des oscillations inter-zones
Résumé
This thesis addresses the problem of damping power oscillations (inter-area modes) of a meshed transport network - as it is the case of the European network - through a High Voltage Direct Current- (HVDC) link. In this particular context, inter-area modes are at higher frequencies than usual - around 1Hz. This is an important challenge for the control system, as other network dynamics exist in this frequency range. Standard controllers (PSS and POD type IEEE) give un-satisfactory results and other control approaches have been proposed. They take into account more information from the electrical system surrounding the HVDC using a richer control model. Besides, the robustness is improved in order to provide good responses in case of network variations (load evolution, line, and generator trips, ..., etc.) and HVDC line parameters changes. Finally, unstable zeros (non-minimum phase behavior) have been high-lighted and studied in these situations of HVDC inserted in meshed AC networks. The proposed controllers also mitigate the negative effect of these zeros on the performances of the closed-loop. The results are easily implemented in practice because they are feedback controllers. Also, although developed for HVDC, the proposed analysis and control methodologies can be extended to other elements using power electronics such as, for example, renewable energy generators connected to the grid by power converter.
Cette thèse aborde le problème d’amortissement des oscillations de puissance (modes inter-zones) d’un réseau de transport maillé – comme c’est le cas du réseau européen - par l’intermédiaire d’une liaison à courant continu à haute tension (High-Voltage Direct Current-HVDC). Dans ce contexte particulier, les modes inter-zones sont à des fréquences plus élevées que d’habitude – autour de 1Hz. Ceci est un défi important pour la commande car, d’autres dynamiques du réseau existent dans cette plage de fréquence. En effet, les régulateurs standard (PSS et POD type IEEE) ne donnent pas des réponses satisfaisantes et d’autres lois de commande ont été proposées. Elles prennent en compte plus d’information du système électrique avoisinant la HVDC en utilisant un modèle de commande plus riche. De plus, la robustesse est améliorée afin de fournir des bonnes réponses en cas de variations du réseau (évolution de la charge, déclenchements des lignes et des générateurs, …) et des paramètres de la ligne HVDC. Enfin, des zéros instables (réponses à déphasage non minimal) ont été mis en évidence et étudiés dans ces situations d’insertion des HVDC dans des réseaux AC maillés. Les régulateurs proposés atténuent aussi l’effet négatif de ces zéros sur les performances de la boucle fermée. Les résultats sont facilement implantables en pratique car il s’agit de régulateur à retour de sortie. Aussi, bien que développées pour les HVDC, les méthodologies d’analyse et commande proposées peuvent être étendues à d’autres éléments utilisant de l’électronique de puissance comme, par exemple, des générateurs d’énergies renouvelables connectés au réseau par des convertisseurs de puissance.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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