On converter control interoperability in multi-terminal HVDC networks

Loku, Fisnik; Monti, Antonello (Thesis advisor); Norrga, Staffan (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2022)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2022

Kurzfassung

HGÜ-Verbindungen werden hauptsächlich als Verbindungsleitungen zwischen asynchronen Wechselstromübertragungssystemen und für die Integration erneuerbarer Energiequellen eingesetzt. Um die Integration von HGÜ-Verbindungen in großem Maßstab zu ermöglichen, sollen die heute dominierenden Punkt-zu-Punkt-HGÜ-Verbindungen zu Multi-Terminal-HGÜ- (MTDC) Netzen ausgebaut werden. In Anbetracht der Tatsache, dass MTDC Netzen aus schnellen und aktiven Komponenten bestehen, sind die möglichen Wechselwirkungen zwischen den Umrichterregelungen eine der größten Herausforderungen bei der Entwicklung von MTDC-Netzen, da sie zu Systeminstabilitäten und möglicherweise zu einer Abschaltung des Netzes führen können. Zur Bewältigung dieser potenziellen Interoperabilitätsprobleme zwischen den Umrichterregelungen wurden mehrere Ansätze vorgeschlagen, die auf analytischen Modellen der Umrichter beruhen und detaillierte Informationen über die an einem MTDC-Netz beteiligten Umrichterregelungen erfordern. In Anbetracht der europäischen Marktstruktur und ihres Rechtsrahmens ist jedoch davon auszugehen, dass MTDC-Netze nur unter Beteiligung verschiedener Umrichterhersteller aufgebaut werden können. In diesen so genannten Multi-Vendor-MTDC-Netzen ist die Offenlegung der erforderlichen Informationen über die Umrichterregelungen zwischen den verschiedenen Herstellern aus proprietären Gründen jedoch nicht durchsetzbar. Um die Interoperabilität einer Umrichterregelung in Multivendor-MTDC-Netzen zu untersuchen, werden in dieser Dissertation das Nyquist- und das impedanzbasierte Stabilitätskriterium verwendet. Nach der Ermittlung der erforderlichen Umrichterimpedanzen durch eine frequenzabhängige Impedanzmessmethode wird ein modularer, analytischer Ansatz zur Ableitung der äquivalenten DC-Netzimpedanz vorgeschlagen. Der vorgeschlagene Ansatz ist für Black-Box-Umrichtermodelle geeignet und ermöglicht die Berechnung verschiedener DC-Netzimpedanzen in kurzer Zeit mit ausreichender Genauigkeit. Darüber hinaus ermöglicht dieser eine Analyse zahlreicher Netztopologiekombinationen, Betriebspunkte und Regelungsarten der Umrichter. Anschließend werden die worst-case-Szenarien für einen Netzerweiterungsfall zu einer vermaschten Vier-Terminal-Netzkonfiguration ermittelt. Darüber hinaus wird in dieser Arbeit ein Black-Box-Optimierungsansatz für die Regelungseinstellung vorgeschlagen, wobei davon ausgegangen wird, dass die Struktur und die Einstellung der bereits in einem bestimmten Netz installierten Regler nicht bekannt sind, sondern dass ein bestehendes (Black-Box-) Netzmodell mit den Umrichtern und ihrem Regelungssystem verfügbar ist. Die Ergebnisse zeigen, dass die vorgeschlagene Methode die Stabilitätsmarge des DC-Netzes an den kritischen Interaktionspunkten in den identifizierten worst-case-Szenarien erhöht. Schließlich werden die vorgeschlagenen Methoden anhand eines HGÜ-Demonstrators demonstriert.

Einrichtungen

• E.ON Energy Research Center [080052]
• Lehrstuhl für Elektrische Anlagen und Hochspannungstechnik [614210]
• Lehrstuhl für Automation of Complex Power Systems [616310]