Fiche individuelle
Nnaemeka UGWUANYI | ||
Titre | Doctorant | |
Equipe | Commande | |
Adresse | Arts et Métiers ParisTech - Campus Lille 8, boulevard Louis XIV 59046 LILLE CEDEX | |
Téléphone | +33 (0)3-XX-XX-XX-XX | |
nnaemeka.ugwuanyi@ensam.eu | ||
Publications |
ACLI Revue internationale avec comité de lecture |
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[1] Solving Magnetodynamic Problems via Normal Form Method IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 58, N°. 9, 09/2022 UGWUANYI Nnaemeka, CLENET Stéphane, KESTELYN Xavier, THOMAS Olivier |
[2] A normal form-based power system out-of-step protection Electric Power Systems Research, Vol. 208, N°. 107873, 07/2022 UGWUANYI Nnaemeka, KESTELYN Xavier, OLIVIER Thomas, MARINESCU Bogdan, WANG Bin |
[3] A New Fast Track to Nonlinear Modal Analysis of Power System Using Normal Form IEEE Transaction on Power Systems, Vol. 35, N°. 4, pages. 3247-3257, 07/2020, URL, Abstract UGWUANYI Nnaemeka, KESTELYN Xavier, OLIVIER Thomas, MARINESCU Bogdan, ARTURO Messina |
The inclusion of higher-order terms in small-signal (modal) analysis augments the information provided by linear analysis and enables better dynamic characteristic studies on the power system. This can be done by applying Normal Form theory to simplify the higher order terms. However, it requires the preliminary expansion of the nonlinear system on the normal mode basis, which is impracticable with standard methods when considering large scale systems. In this paper, we present an efficient numerical method for accelerating those computations, by avoiding the usual Taylor expansion. Our computations are
based on prescribing the linear eigenvectors as unknown field in the initial nonlinear system, which leads to solving linear-only equations to obtain the coefficients of the nonlinear modal model. In this way, actual Taylor expansion and associated higher order Hessian matrices are avoided, making the computation of the nonlinear model up to third order and nonlinear modal analysis fast and achievable in a convenient computational time. The proposed method is demonstrated on a single-machine-infinite-bus (SMIB) system and applied to IEEE 3-Machine, IEEE 16- Machine and IEEE 50-Machine systems. |
[4] Power System Nonlinear Modal Analysis Using Computationally Reduced Normal Form Method Energies, Vol. 13, N°. 5, pages. 1249, 03/2020, URL, Abstract UGWUANYI Nnaemeka, KESTELYN Xavier, MARINESCU Bogdan, OLIVIER Thomas |
Increasing nonlinearity in today’s grid challenges the conventional small-signal (modal) analysis (SSA) tools. For instance, the interactions among modes, which are not captured by SSA, may play significant roles in a stressed power system. Consequently, alternative nonlinear modal analysis tools, notably Normal Form (NF) and Modal Series (MS) methods are being explored. However, they are computation-intensive due to numerous polynomial coefficients required. This paper proposes a fast NF technique for power system modal interaction investigation, which uses characteristics of system modes to carefully select relevant terms to be considered in the analysis. The Coefficients related to these terms are selectively computed and the resulting approximate model is computationally reduced compared to the one in which all the coefficients are computed. This leads to a very rapid nonlinear modal analysis of the power systems. The reduced model is used to study interactions of modes in a two-area power system where the tested scenarios give same results as the full model, with about 70% reduction in computation time. |
ACT Conférence internationale avec acte |
[1] A Novel Method for Accelerating the Analysis of Nonlinear Behaviour of Power Grids using Normal Form Technique 2019 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Europe (ISGT-Europe), 11/2019 UGWUANYI Nnaemeka, KESTELYN Xavier, OLIVIER Thomas, MARINESCU Bogdan |
[2] A Novel Method for Accelerating the Analysis of Nonlinear Behaviour of Power Grids using Normal Form Technique IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Europe, ISGT-Europe 2019, 09/2019, URL, Abstract UGWUANYI Nnaemeka, KESTELYN Xavier, THOMAS Olivier, MARINESCU Bogdan |
Today’s power systems are strongly nonlinear and are becoming more complex with the large penetration of power-electronics interfaced generators. Conventional Linear Modal Analysis does not adequately study such a system with complex nonlinear behavior. Inclusion of higher-order terms in small-signal (modal) analysis, associated with the Normal Form theory proposes a nonlinear modal analysis as an efficient way to improve the analysis. However, heavy computations involved make Normal Form method tedious, and unamenable to large power system application. In this paper, we present a less rigorous and speedy approach for obtaining the required nonlinear coefficients of the nonlinear equations modelling of a power system, without actually going through all the usual high order differentiation involved in Taylor’s expansion. The method uses
eigenvectors to excite the system modes independently which lead to formulation of linear equations whose solution gives the needed coefficients. The proposed method is demonstrated on the conventional IEEE 9-bus system and 68-bus New england/New York system. |
ACN Conférence nationale avec acte |
[1] Selective Nonlinear Coefficients Computation for Modal Analysis of The Emerging Grid JCGE, Conférence des Jeunes Chercheurs en Génie Electrique 2019, 06/2019, URL, Abstract UGWUANYI Nnaemeka, KESTELYN Xavier, THOMAS Olivier, MARINESCU Bogdan |
With increase in the power electronic penetrations to power system, today’s grid exhibit complex nonlinear behaviour. It then becomes imperative to include higher-order terms in small-signal (modal) analysis to account for the nonlinear behaviour. This is often done in power systems by applying Normal Form theory or Modal Series method to simplify the higher order terms. However, heavy computations involved make these nonlinear tools tedious and inconvenient for large scale systems. If there is no strong resonance in the system, it is also possible to include only some specific terms in this higher order nonlinear analysis instead of using all the terms. In this paper, we present a technique for selectively obtaining any desired nonlinear coefficients when the dynamics are modelled as second order systems, by avoiding the higher order derivatives and Hessian matrices involved in Taylor expansion. The proposed method is demonstrated on an IEEE 9-bus system. |
TH Thèse |
[1] Contributions pour le positionnement de la méthode de forme normale comme outil d'analyse de future système d'alimentation Thèse, 06/2020, URL, Abstract UGWUANYI Nnaemeka |
Compte tenu de plusieurs contraintes économiques, techniques et environnementales, les systèmes électriques actuels fonctionnent très près de leurs limites, ce qui fait qu'ils présentent de plus en plus des comportements non linéaires. De plus, le transfert d'une grande quantité d'énergie sur de longues distances n'est pas rare aujourd’hui, cela conduit à des interactions non linéaires, conduisant à un réel défit; celui de l'utilisation des outils traditionnels d'analyse du système électrique en présence de fortes non linéarités. En outre, la forte pénétration des énergies renouvelables et de l'électronique de puissance qui l'accompagne viennent augmenter ces non linéarités du système électrique. En conséquence, les outils d'analyse modale bien établis utilisés par le passé deviennent insuffisants pour l'analyse du système électrique aujourd’hui et celui du futur; d'où le besoin d'outils alternatifs. L'inclusion de termes d'ordres supérieurs dans l'analyse modale, possible avec la méthode de forme normale (NF), augmente les informations qu'elle fournit et permet de mieux étudier les aspects dynamiques sur un système d'alimentation présentant un comportement fortement non linéaire. Cependant, la méthode NF nécessite au préalable la décomposition de Taylor du système non linéaire, qui produit plusieurs matrices et coefficients de Hesse d'ordre supérieur, une opération non réalisable avec les méthodes standard lorsque l'on considère les systèmes à grande échelle. Dans cette thèse, pour répondre à cette problématique, une méthode numérique efficace pour accélérer ces calculs, en évitant l'expansion de Taylor habituelle, est développée. Les nouveaux calculs consistent à définir les vecteurs propres linéaires comme champ inconnu dans le système non linéaire initial, ce qui conduit à résoudre des équations linéaires uniquement pour obtenir tous les coefficients nécessaires. De cette façon, le calcul du modèle non linéaire jusqu'au troisième ordre et l'analyse modale non linéaire deviennent simples et réalisables avec un temps de calcul raisonnable. De plus, des indices basés sur la NF pour la stabilité du système électrique et la surveillance du fonctionnement sont proposés et testés sur plusieurs systèmes. |
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