| dc.description.abstract | Denne masteroppgåva ser på moglegheita til å forme eit robust hybrid AC/DC marint kraftsystem med ein spenningskjelde omformar(VSC) som kritisk koplande komponent. Figur x viser systemet som er studert i denne oppgåva. DC-distribusjonsnettet inneheld eit brytarkopla batteri og ei variabel straumkjelde som representerar nettet. AC distribusjonsnettet består av ein trefase spennigskjelde, ein Thevenin serie induktans og eit LCL-filter til å fjerne støy.
Arbeidet er særleg retta mot å konstruere ein fleksibel VSC kontroll strategi som er i stand til å oppretthalde DC spenninga dersom hovedkomponenten ansvarlig for DC spenningskontroll vert fråkopla. Ansvaret for å oppretthalde DC spenninga vert lagt på spenningskjeldeomformaren med kraft frå AC nettet. Rask feildeteksjon og passande endring i omformar kontroll strategi frå effektkontroll til DC-spenningskontroll er foreslått. Til slutt, metodar for å minimere spenningstransient amplitude og varigheit vert implementert på ein robust måte for å sikre sømlaus drift.
For å oppnå realistiske simuleringsresultat er systeme diskret implementert med nøyaktig forsinkelse på målingar. Aktiv demping av LCL-filter resonans er inkludert for å sikre fleksibel drift med hensyn til endrande nettforhold, dvs. varierande nettimpedans L_th, og kraftflyt. Utan DC til DC omformar ved DC terminalen er VSC-en utsatt for å operere med overmodualsjon. Insats er derfor brukt til reaktiv effektkompensering og demping av harmonisk spenning for å overholde reguleringar for kraftsystemet. Reaktiv effektkompensering har vist seg å effektivt redusere graden av overmodulering. Frå eit stabilitetsperspektiv, så er dette kritisk under effektstyring ved svakt nett, dvs. høg nettimpedans. Under DC spenningskontroll, vil fravær av reaktiv effektkomensering skape et umiddelbart ustabilt system. Reaktiv effektkompensering begrensar total harmonisk støy(THD) i spenninga til nivå under 11% ved AC terminal. Ved vidare å introdusere ein selektiv harmonisk kompanseringsstrategi, kan 5. harmonisk spenning verte kompensert og resulterande THD bli begrensa til nivå under 6% for alle nettforhold. Dette er innanfor kravet på maks 8% spennings-THD bestemt av maritim kraftnettstandard.
Når batteriet vert frakopla, vil endring i VSC kontrollstrategi sørge for vedlikeholdt spenningsnivå. Transientens magnitude vert auka ved aukande nettinduktans og effektflyt forrut for hendinga. Ved å introdusere transient spenningsreferanse impulsar i kontrollsystemet, kan effektflyten raskt reverserast noko som igjen vil føre til ein mindre transient spenningsmagnetude. Når nominell aktiv effekt vert overført til DC side eller til AC side forut for feilen, vil transient magnituden verter redusert med hendholsvis 43% og 50% samanlikna med spenninga forut for feilen. Dette med transient straumreferanse inkludert i kontrollsystemet. | |
| dc.description.abstract | This master thesis investigates the possibility of forming a robust bidirectional hybrid AC/DC marine power system with a voltage source converter(VSC) as the critical interfacing unit. Figure x shows the system studied in this thesis. The DC grid contains a switch-connected battery and a controllable current source representing the grid. The AC grid is constituted by a three-phase voltage source, a Thevenin series inductance and an LCL-filter used for switching frequency attenuation.
The work is particularly aimed towards the development of a flexible VSC control strategy able to maintain the DC voltage in case the main unit responsible for DC voltage control, i.e the battery, is disconnected. The DC grid forming responsibility is then put on the interfacing converter powered by the AC grid. Instantaneous fault detection and proper change in converter control mode from power management to DC voltage control is proposed. Finally, actions to minimize voltage deviation and recovery time should be implemented in a robust way to ensure seamless operation.
To obtain realistic simulation results, the system is discretely implemented with accurate measurement sampling delays. Active damping of the LCL-filter resonance is incorporated to maintain flexible operation with respect to changing grid conditions, i.e., varying grid inductance L_th, and power flow. With no DC to DC converter present at the DC terminal, the VSC is prone to operate in the overmodulation range. Emphasis is consequently put on reactive power compensation and harmonic voltage attenuation to comply with marine power system regulations.
Reactive compensation has shown to effectively reduce the degree of overmodulation. From a stability point of view this is crucial during power control mode of operation, when the system is exposed to weak grid conditions, i.e, large values of the grid inductance. In DC voltage control mode, the absence of reactive compensation cause immediate instability. Reactive compensation limits voltage total harmonic distortion(THD) to levels below 11% at point of common coupling(PCC). By further introducing a selective harmonic compensation strategy, the 5th order voltage harmonic is compensated, and the resulting voltage THD holds levels below 6% for all grid conditions. This is within the permitted limits of 8% voltage THD given by the marine power system standard.
When the battery is disconnected, the implemented change of control mode ensures retained DC voltage. The transient peaks are increased with increasing grid inductance and power transfer prior to the fault. Introducing transient current reference impulses in the control system has shown to fast reverse the power flow and reduce the peak of the transient. When rated active power is transferred to the DC grid or to the AC grid prior to the fault, the peak of the voltage transient is reduced by 43\% and 50\%, respectively, compared to the voltage level at fault detection, with transient current references added in the control system. | |
