Performance Quantification of Interarea Oscillation Damping Using HVDC

• With the transition towards renewable energy, and the deregulation of the electricity market, generation patterns and grid topology are changing. These changes increase the need for transfer capacity. One limiting factor, which sometimes leads to underutilization of the transmission grid, is interarea oscillations. These system-wide modes involve groups of generators oscillating relative to each other and are sometimes hard to control due to their scale and complexity. In this thesis we investigate how high-voltage direct current (HVDC) transmission can be used to attenuate interarea oscillations. The thesis has two main contributions.In the first contribution we show how the stability of two asynchronous grids can be improved by modulating the active power of a single interconnecting HVDC link. One concern with modulating HVDC active power is that the interaction between interarea modes of the two grids may have a negative impact on system stability. By studying the controllability Gramian, we show that it is always possible to improve the damping in both grids as long as the frequencies of their interarea modes are not too close. For simplified models, it is explicitly shown how the controllability, and therefore the achievable damping improvements, deteriorates as the frequency difference becomes small.The second contribution of the thesis is to show how coordinated control of two (or more) links can be used to avoid interaction between troublesome interarea modes. We investigate the performance of some multivariable control designs. In particular we look at input usage as well as robustness to measurement, communication, and actuator failures. Suitable controllers are thereby characterized.

• Övergången till förnybar energi och avregleringen av elmarknaden leder till förändrade produktions-och överföringsmönster. Dessa förändringar medför behov av en ökad överföringskapacitet. En begränsande faktor, som kan leda till ett underutnyttjande av stamnätet, är interareapendlingar. Dessa systemövergripande pendlingar involverar grupper av generatorer som svänger i förhållande till varandra. Interareapendlingar är ibland svåra att styra på grund av deras skala och komplexitet. I denna avhandling undersöker vi hur förbindelser med högspänd likström, engleska high-voltage direct current (HVDC), kan användas för att dämpa interareapendlingar. Avhandlingen har två huvudbidrag.I det första bidraget visar vi hur stabiliteten hos två olika synkrona nät kan förbättras genom att modulera den aktiva effekten hos en enda HVDC-länk. Ett bekymmer med aktiv effektmodulering är att växelverkan mellan interareapendlingar hos de två näten kan ha en negativ inverkan på systemets stabilitet. Genom att studera styrbarhetsgramianen visar vi att det alltid är möjligt att förbättra dämpningen i båda näten så länge som frekvenserna hos deras interareapendlingar inte ligger för nära varandra. För förenklade modeller visas det uttryckligen hur styrbarheten och därmed de möjliga dämpningsförbättringarna, försämras då frekvensskillnaden blir liten.Avhandlings andra bidrag visar hur koordinerad styrning av två (eller fler) länkar kan användas för att undvika växelverkan mellan besvärliga interareapendlingar. Vi undersöker prestandan hos olika typer av flervariabla regulatorer. I synnerhet undersökers styrsignalsanvändning samt robusthet mot mät-, kommunikations- och aktuatorfel. Därigenom karakteriseras lämpliga regulatortyper.

Ämnesord

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Elektroteknik och elektronik -- Reglerteknik (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering -- Control Engineering (hsv//eng)

Nyckelord

HVDC transmission control

interarea oscillations

power oscillation damping

small-signal stability

frequency control

controllability

MIMO control

decoupling control

multivariable interaction

Electrical Engineering

Elektro- och systemteknik

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

lic (ämneskategori)