Rotor angle stability of multiconverter based autonomous microgrid with 100% VISMA control

Es ist bekannt, dass einem autonomen Mikronetz eine angemessene Trägheit und Dämpfung zur Netzstabilisierung fehlt. Aus diesem Grund wurde die virtuelle Synchronmaschine (VISMA) eingeführt, um die erforderlichen Hilfsdienste durch die Steuerung von Stromrichtern bereitzustellen. In einem Multi-VISMA (n-VISMA) -Mikronetz hängt die relative Rotorwinkelstabilität des Stromnetzes von der Wirkleistungsbilanz nach einer kleinen Störung ab. Die Verwendung relevanter analytischer Modelle ist für die Stabilitätsanalyse von Mikronetzen unerlässlich. In dieser Dissertation wird eine umfassende Kleinsignal-Stabilitätsanalyse zur Untersuchung der inhärenten elektromechanischen Schwingungen in den virtuellen Rotoren vorgestellt. Die Teilsysteme des Mikronetzes, bestehend aus den VISMAs, dem Netz, den Lasten und dem äußeren Leistungsregler, wurden alle in einem synchron rotierenden Referenzrahmen modelliert. Das Kleinsignalmodell wurde auf einem IEEE-9-Bussystem getestet, wobei VISMA die elektromechanischen Synchronmaschinen im Netz ersetzten. Zur Validierung der entwickelten numerischen Analyse werden die dynamischen Reaktionen des Kleinsignalmodells mit denen der nichtlinearen Systemdynamik verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass das entwickelte linearisierte Kleinsignalmodell ausreicht, um das Verhalten des VISMA-Mikronetzes beim Betrieb im autonomen Modus genau zu charakterisieren. Die Eigenwertanalyse und die Parameterempfindlichkeiten der kritischen Modi wurden untersucht. Die Oszillationsbeteiligung der VISMAs und die Stabilitätsgrenze des Mikronetzes im eingeschwungenen Zustand wurden ebenfalls untersucht. Bevor jedoch die Stabilitätsanalyse des auf einem Multi-Umrichter basierenden Stromnetzes mit VISMA-Steuerung beginnt, müssen die stationären Betriebspunkte (SSOPs) aller dynamischen Knoten im Netz ermittelt werden. Modifizierte herkömmliche iterative Verfahren, die das Konzept der Pufferbus- Technik in einem Insel-Mikronetz verwenden, sind für die Lastflussanalyse eines VISMA- Mikronetzes mit ungeregelter Dynamik nicht praktikabel. In dieser Dissertation wird daher ein stationäres Grundfrequenzmodell in geschlossener Form für ein autonomes/inselnahes VISMA-Mikronetz vorgeschlagen, das das
Konzept des virtuellen Pendelbusses verwendet. Bei dieser Technik werden die virtuellen internen Busse aller VISMAs im Netz durch die Swing-Gleichung geregelt. Die Spannung an allen Bussen ist variabel, mit Ausnahme der virtuellen Busse, bei denen die Polradspannungen vorgegeben sind. Der Algorithmus wurde um eine Pufferregelung erweitert, die für jede VISMA lokalisiert ist. Die Eignung des vorgeschlagenen Algorithmus zur Ermittlung der SSOPs von VISMA wurde an einem IEEE- 9-Bus-System mit VISMA als Ersatz für elektromechanische Synchronmaschinen sowie an einem 2-VISMA-Niederspannungsverteilungssystem getestet. Um die Anwendbarkeit des vorgeschlagenen Algorithmus zu validieren und seine Genauigkeit zu beweisen, wurden die Fallstudiensysteme auch in der SIMULINK-Umgebung für eine detaillierte Zeitbereichsanalyse modelliert. Der Algorithmus erwies sich als rechnerisch effizient für eine Lastflussanalyse des VISMA-Mikronetzes. Die Ergebnisse zeigen auch, dass die Hinzufügung einer externen Pufferregelung die Frequenzstabilität des Systems verbessert.
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