Defensa de Tesi Doctoral Mostafa Abdollahi

Autor: MOSTAFA ABDOLLAHI

Director: JOSE IGNACIO CANDELA GARCIA

Codirector:JOAN ROCABERT DELGADO

Títol: Improving Grid Stability by Integration Renewables using Static Synchronous Generators

Data i hora defensa: 27 de juliol a les 10:30. Edifici GAIA sala 327

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Enllaç de la videotrucada: https://meet.google.com/gcb-bzdn-asu

Resum: La Comisión Europea tiene planes para la transición del sistema de energía clásico a un sistema de
energía de cero emisiones netas, centrándose principalmente en fuentes renovables. Los propietarios de las centrales eléctricas y los operadores de la red eléctrica tienen desafíos técnicos para logra este objetivo. La tecnología de energías renovables utilizada es uno de los desafíos clave. La estabilidad dinámica de la potencia activa, la regulación de la frecuencia de generación, los problemas de estabilidad de la tensión y el equilibrio de la potencia reactiva son los principales desafíos técnicos.
Este doctorado La tesis propone una nueva tecnología para la operación, el control y la conexión a la red de plantas de energía renovable que respalda la estabilidad dinámica del sistema de energía durante la transición energética. La tecnología propuesta es la emulación de la máquina síncrona clásica en lazos de control de convertidores electrónicos de potencia, y proporciona una operación factible de un generador síncrono estático renovable (SSG) basado en un controlador de potencia síncrono (SPC). La tecnología propuesta (RSSG-SPC) tiene flexibilidad y puede cumplir con los códigos de red. La técnica SPC es el núcleo de la tecnología RSSG-SPC. Entonces, hay dos partes principales en RSSG-SPC. La parte electromecánica emula el rendimiento de la generación de energía síncrona. Esta parte proporciona funcionalidades de amortiguación virtual e inercia virtual y contribuye al control de la potencia activa y la regulación de la frecuencia. La segunda parte es la admitancia virtual que proporciona el control de un convertidor de fuente de voltaje en modo corriente. Entonces, el convertidor se puede modelar como el modelo de Thevenin del generador síncrono. Esta parte proporciona control de potencia reactiva y regulación de voltaje. Se ilustra la teoría de RSSG-SPC, el modelado de capas de control y el modelado de conexión de red de RSSG-SPC. Se han discutido las operaciones de RSSG- SPC para superar los desafíos técnicos durante la conexión a la red, las flexibilidades de RSSG-SPC para cumplir con los códigos de red y las capacidades de RSSG-SPC para soportar la estabilidad dinámica.
El rendimiento de la planta de energía renovable basada en la tecnología RSSG-SPC se ha evaluado mediante análisis matemáticos detallados, modelado dinámico, simulación en el dominio del tiempo y
validaciones de pruebas de laboratorio. La conexión de la red RSSG-SPC se analiza para varias topologías de red y diferentes operaciones de RSSG-SPC que incluyen, i) RSSG-SPC conectado a un bus simple respaldado por una red débil, mientras que el bus está respaldado por una red rígida, ii) RSSG-SPC opera para respaldar un sistema de transmisión de CA largo, iii) RSSG-SPC contribuye en un sistema de área de generación único (IEEE 14B), iv) RSSG-SPC opera como una gran planta de generación y admite un sistema de generación de múltiples áreas (sistema de Kundur), y v) RSSG -SPC opera como una pequeña unidad de generación en el sistema de Kundur. Se desarrolla un algoritmo para la implementación y el modelado de RSSG-SPC en las aplicaciones mencionadas. El algoritmo cubre el modelado de conexión de red RSSG-SPC teniendo en cuenta los parámetros de RSSG-SPC y la red eléctrica. Los índices dinámicos se proponen para el ajuste de los parámetros dinámicos de RSSG-SPC (inercia virtual y amortiguamiento virtual) con el objetivo de tener un funcionamiento estable de RSSG-SPC. Además, teniendo en cuenta la situación real de la red eléctrica, se aplican las modificaciones adecuadas a las capas de control de RSSG-SPC para proporcionar un funcionamiento adaptable de RSSG-SPC en el modo de conexión a la red. Además, se propone un limitador de potencia activa para resolver la limitación de transferencia de energía de las energías renovables y proporcionar funcionalidades para seguir las señales de equilibrio de los operadores de la red.


Summary: The European Commission has plans to transition from classic power system to a net-zero emission power system, mainly by focusing on renewable sources. The power plants owners and power grid operators have technical challenges to achieve this goal.
The used renewables technology is one of key challenges. The active power dynamic stability, generation frequency regulation, voltage stability issues, and reactive power balancing are main technical challenges.
This Ph.D. thesis proposes a new technology for operation, control, and grid connection of renewable power plant that supports power system dynamic stability during energy transition. The proposed technology is emulation of classic synchronous machine in control loops of electronic power converters, and it provides a feasible operation of a renewable static synchronous generator (SSG) based on synchronous power controller (SPC).
The proposed technology (RSSG-SPC) has flexibility and can comply with grid codes. The SPC technique is the core of RSSGSPC technology. So, there are two main parts in RSSG-SPC. The electromechanical part emulates performance of synchronous power generation. This part provides virtual damping and virtual inertia functionalities and it contributes to active power control and frequency regulation. The second part is virtual admittance which provides the control of a voltage source converter in current mode.
So, the converter can be modeled such as Thevenin model of synchronous generator. This part provides reactive power control and voltage regulation. The theory of RSSG-SPC, control layers modeling, and RSSG-SPC’s grid connection modeling are illustrated.
The RSSG-SPC’s operations to overcome technical challenges during grid connection, RSSG-SPC’s flexibilities to comply with grid codes, and RSSG-SPC’s capabilities to support dynamic stability have been discussed.
The performance of renewable power plant based on RSSG-SPC technology has been evaluated by doing detailed mathematical analysis, dynamic modeling, time domain simulation, and laboratory tests validations. The RSSG-SPC grid connection is analyzed for several network topologies and different RSSG-SPC operations including, i) RSSG-SPC connected to simple bus supported by weak grid either while bus is supported by a stiff grid, ii) RSSG-SPC operates to support a long ac transmission system, iii) RSSGSPC
contributes in a unique generation area system (IEEE 14B), iv) RSSG-SPC operates as big generation plant and supports a multi area generation system (Kundur’s system), and v) RSSG-SPC operates as a small generation unit in Kundur’s system.
An algorithm is developed for implementation and modeling of RSSG-SPC in the noted applications. The algorithm covers RSSGSPC grid connection modeling taking to account the parameters of RSSG-SPC and power grid. The dynamic indices are proposed for tuning of RSSG-SPC’s dynamic parameters (virtual inertia and virtual damping) aiming to have a stable operation of RSSG-SPC.
Also, considering the real situation of power grid, adequate modifications are applied to RSSG-SPC’s control layers leads to provide adaptable operation of RSSG-SPC in the grid connection mode. Moreover, an active power limiter is proposed to solve the power transfer limitation of renewables and to provide functionalities to follow the grid operators balancing signals.