| dc.description.abstract | Mellomspente likestrømsnett (MVDC-nett) har mange fordeler sammenlignet med mellomspente vekselstrømsnett (MVAC-nett), og betraktes som velegnet til et bredt spekter av bruksområder. Håndteringen av kortslutningsfeil er imidlertid et av de viktigste hindrene for utbredelsen av MVDC-nett; spesielt er mangelen på MVDC-effektbrytere en fundamental utfordring. Hovedhensikten med denne masteroppgaven er å adressere denne barrieren ved å undersøke et spesielt interessant og lovende effektbryterkonsept: Spenningskildeomformerassistert resonansstrømeffektbryter (VARC-CB). Effektbryteren er opprinnelig foreslått for høyspente DC (HVDC)-applikasjoner, men denne avhandlingen utforsker VARC-CB-konseptet for MVDC-bruk.
Avhandlingen studerer og analyserer VARC-CB-konseptet for MVDC i detalj. Først legges et teoretisk fundament for oppgaven ved å utforske MVDC-nett og beskyttelsen mot kortslutningsfeil i disse. Videre utforskes et utvalg effektbryterkonsepter for MVDC fra litteraturen, inkludert konseptenes virkemåter, karakteristikker og delkomponenter, med et særlig fokus på VARC-bryteren. Dette danner grunnlaget for den påfølgende analytiske undersøkelsen av VARC-CB-konseptet for MVDC. I analysen utledes et fullstendig sett med designstrategier basert på etablerte designprinsipper og -begrensninger. Videre utvikles en komplett, parametrisert Simulink-simuleringsmodell, hvor VARC-bryteren opererer i et MVDC-nett. Effektbryterens komponentmodell er parametrisert ved å bruke de utledede designligningene. Deretter valideres den utførte analysen, de foreslåtte designstrategiene og den utviklede simuleringsmodellen gjennom simuleringer. Basert på resultatene blir svakheter og mangler ved analyse- og modelleringsprosessene påpekt og diskutert, og mulige revisjoner blir vurdert. Potensielle forbedringer av VARC-CB-konseptet blir også foreslått.
Masteroppgavens hovedbidrag er et komplett sett med designstrategier som kan brukes til å designe parameterne til VARC-effektbryteren for MVDC, en Simulink-modell av effektbryteren i et MVDC-nett, samt forslag til mulige forbedringer av VARC-CB-konseptet. | |
| dc.description.abstract | Medium-voltage DC (MVDC) power grids offer many beneficial features compared to the medium-voltage AC (MVAC) counterpart, and are considered well-suited for a wide range of application areas. However, one of the main hindrances towards a widespread of MVDC power grids is associated with the handling of short-circuit (SC) faults. In particular, the lack of high-performance MVDC circuit breakers (CBs) is a key challenge. To address this barrier, the main purpose of this master's thesis is to investigate a particularly interesting and promising DC circuit breaker (DCCB) concept: the voltage source converter (VSC) assisted resonant current circuit breaker (VARC-CB). The VARC-CB is originally proposed for high-voltage DC (HVDC), however this thesis investigates the VARC-CB concept for MVDC applications.
The thesis studies and analyzes the MVDC VARC-CB in detail. A thorough theoretical foundation is given, exploring MVDC power grids and their SC fault protection. Furthermore, operating principles, features, and subcomponents of a variety of DCCB concepts suggested in literature are examined, with a special focus on the VARC-CB. This creates a basis for the subsequent in-depth analytical investigation of the MVDC VARC-CB. The analysis takes several design principles and component limitations into account, upon which a full set of design strategies are derived. Furthermore, a complete, parameterized Simulink simulation model of the VARC-CB concept employed in an MVDC power grid is developed, where the component-level model of the MVDC VARC-CB is parameterized using the derived design equations. Through simulations, the analytical investigations, the proposed design strategies, and the developed simulation model are validated. Weaknesses and shortcomings of the analysis and modeling processes are pointed out and discussed, and possible revisions are proposed. In addition, suggestions of improvements in the MVDC VARC-CB design are made.
The main contributions of this thesis are a complete set of design strategies to be used when designing the parameters of the MVDC VARC-CB, a Simulink model of the VARC-CB employed in an MVDC grid, and suggestions of possible improvements in the MVDC VARC-CB design. | |
