Thèse: Guillaume DENIS, 23 Nov. 2017

23 octobre 2017 Réseaux, Soutenance de Thèse

Titre : From grid-following to grid-forming: The new strategy to build 100 % power-electronics interfaced transmission system with enhanced transient behavior

Date : jeudi 23 novembre 2017
Heure : 11h00
Lieu : École Centrale Lille (Villeneuve-d’Ascq), Amphi Goubet

Résumé :
Dans un contexte de développement des énergies renouvelables et des liaisons HVDC dans les systèmes électriques, les travaux présentés s’attachent au fonctionnement technique de tels systèmes. La génération éolienne, photovoltaïque et les liaisons HVDC sont interfacées au réseau de transport électrique par des dispositifs d’électronique de puissance. Dès lors, serait-il envisageable d’alimenter la demande électrique uniquement via ces sources électriques interfacées par des convertisseurs statiques?
Le pilotage du système électrique par l’électronique de puissance constitue un changement radical du fonctionnement dynamique des réseaux. La traditionnelle stratégie de commande « grid-following » des onduleurs a montré ses limites lorsque la pénétration de ces dispositifs devient prépondérante. Elle doit être révisée, au profit de stratégies dîtes « parallel grid-forming ».
Dans cette thèse, les besoins fondamentaux du système électrique sont d’abord analysés pour définir les exigences de la stratégie « parallel grid-forming », ainsi que les défis associés. Selon ces spécifications, une méthode de synchronisation de sources « grid-forming » est ensuite proposée ainsi qu’un contrôle de tension, adapté aux limitations physiques des convertisseurs de tension PWM. La stabilité de la solution est discutée pour différentes configuration de réseau. Enfin, une stratégie de limitation du courant a été spécifiquement développée pour palier la sensibilité des VSC aux surcourants, lors d’évènements réseaux éprouvant. Les idées développées sur un convertisseur unique sont appliquées à des petits réseaux afin d’interpréter physiquement les phénomènes simulés temporellement.
Abstract :
In the context of renewable energy and HVDC links development in power systems, the present work concerns the technical operations of such systems. As wind power, solar photovoltaics and HVDC links are interfaced to the transmission grid with power-electronics, can the system be operated in the extreme case where the load is fed only through static converters?
Driving a power system only based on power electronic interfaced generation is a tremendous change of the power system paradigm that must be clearly understood by transmission grid operators. The traditional “grid-feeding” control strategy of inverters exhibits a stability limit when their proportion becomes too important. The inverter control strategy must be turned into a “parallel grid-forming” strategy.
This thesis first analyses the power system needs, proposes the requirements for “parallel grid-forming” converters and describes the associated challenges. Accordingly, the thesis gives a method for designing a stable autonomous synchronization controls so that grid-forming sources can operate in parallel with a good level of reliability. Then, a method is proposed to design a voltage control for a grid-forming PWM source taking into account the limited dynamic of large converters. The robustness of the solution is discussed for different configuration of the grid topology. A current limiting strategy is presented to solve the current sensitivity issue of grid-forming converters, subject to different stressing events of the transmission grid. The ideas developed on a single converter arethen applied on small grids with a limited number of converters to allow a physical interpretation on the simulation results

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