dc.contributor.advisor | Obstfelder Uhlen, Kjetil | |
dc.contributor.advisor | Rygg, Atle | |
dc.contributor.author | Storlien, Ole Amund | |
dc.date.accessioned | 2023-02-11T18:19:40Z | |
dc.date.available | 2023-02-11T18:19:40Z | |
dc.date.issued | 2022 | |
dc.identifier | no.ntnu:inspera:108943276:48535662 | |
dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/11250/3050166 | |
dc.description.abstract | Denne oppgaven handler om kontroll av spenningsomformere under et feilscenario. Mer
spesifikt så handler oppgaven om sammenligning av to forskjellige kontrollmetoder,
droop-basert nettdannende kontroll og faselåst-sløyfe basert nettfølgende kontroll.
Feilscenarioene vil bli variert for å bestemme karakteristikken til de to forskjellige
kontrollmetodene, og for å kvantifisere fordelene og ulempene ved de. Under simuleringen
ble det oppdaget vanskeligheter med å begrense feilstrømmene i den nettdannende
kontrollmodusen. To enkle måter å begrense feilstrømmene ble funnet ut av, og
sammenlignet med hverandre, samt den nettfølgende kontrollmetoden.
Sammenligningen er gjort i et scenario gitt av Siemens Energy - Offshore Marine Center. De
har felterfaring med droop-basert nettdannende kontrol av spenningsomformere gjennom
deres arbeid med å levere kraftsystem og ladesystem til elektriske passasjerferger i Norge.
De har opplevd utfordringer knyttet til feilsituasjoner i ytterliggende nett under lading, og
dette vil være bakgrunnen for simuleringene som gjøres i denne oppgaven. Scenarioet er
modellert i Matlab/Simulink, og analysen gjøres i tids-domenet.
Hovedforskjellene mellom kontrollmetodenes evne til å håndtere en symmetrisk feil er
knyttet til kontrollmålene deres. Den nettdannende spenningsomformeren vil injisere
reaktive strømmer til kraftsystemet for å opprettholde spenningsnivået, mens den
nettfølgende spenningsomformeren vil tillate spenningen å falle. Feilstrømbegrensningene ble
gjort gjennom å innføre metningsgrenser på foroverkoblingen i spenningsløkka eller fjerne
den totalt. Dette gikk veldig på bekostning av prestasjonen til den nettdannende
spenningsomformeren, som gjorde at den nettfølgende spenningsomformeren håndterte
feilsituasjonen betydelig bedre.
Den nettdannende spenningsomformeren var mindre robust når det gjaldt økt feiltid, og
hadde en lavere kritisk klareringstid sammenlignet med nettfølgende spenningsomformeren.
Effekten av økende feilstørrelse, m.a.o feilstrøm, var mindre skadelig enn effekten av økt
feiltid. Den nettfølgende spenningsomformeren sin svakhet ble tydelig da linjeimpedansen
ble økt, ettersom den er sterkt avhengig av en god forbindelse til det ytterliggende nettet.
Det ble derfor konkludert at uten riktige strømbegrensningsmetoder på den droop-baserte
nettdannende spenningsomformeren, så vil den faselåste-sløyfe-baserte nettfølgende
spenningsomformeren prestere bedre utenom i scenarioer med høy linjeimpedanse. | |
dc.description.abstract | This thesis is about controlling of voltage source converters during a fault scenario. More
specifically it is about comparing two different control methods, namely droop-based
grid-forming control and PLL-based grid-following control. The fault conditions are varied
in order to uncover the performance characteristics of the two control methods and quantify
their advantages and disadvantages. During the simulation study the difficulty of limiting
fault currents in grid-forming control was discovered. Two simple methods of limiting the
fault current was discovered, and compared with each other, as well as with the
grid-following control.
The comparison was done in a scenario provided by Siemens Energy - Offshore Marine
Center. They have field experience with operation and control of droop-based grid-forming
converters, through their work in delivering power system solutions to electric passenger
ferries in Norway. Their challenges related to handling of faults in the outer-lying grid
during charging, is the background for the simulation study in this thesis. The scenario was
modelled in the Matlab/Simulink environment, and the simulation study performed in the
time-domain.
The main difference between the control methods ability to handle a symmetrical fault is
related to their control objectives. The grid-forming converter injects large reactive currents
to prevent the voltage from dropping, whereas the grid-following converter allows the voltage
to drop. The fault current limitation was done through saturating or removing the
feed-forward term in the voltage control loop. This came at a large cost of performance for
the grid-forming control, resulting in a superior ability to handle the fault for the
grid-following control.
The grid-forming converter had less robustness when it came to varying fault duration, and
had a smaller critical clearing time than compared to the grid-following converter. The effect
of increasing the fault magnitude, i.e fault current, was less detrimental than increasing the
fault duration. The grid-following converters point of weakness was discovered when
increasing the line impedance, as it highly dependant on a strong connection to the power
grid. It was therefore concluded that without proper fault current limitations techniques in
the droop-based grid-forming converter, the PLL-based grid-following converter performs
better whenever not exposed to a high impedance grid | |
dc.language | eng | |
dc.publisher | NTNU | |
dc.title | Comparison of droop-based grid-forming and PLL-based grid-following control of VSC during symmetrical fault | |
dc.type | Master thesis | |