Publication :
Analysis of storage systems for MTDC

En cours de chargement...
Vignette d'image
Date
2022
Direction de publication
Direction de recherche
Titre de la revue
ISSN de la revue
Titre du volume
Éditeur
Projets de recherche
Structures organisationnelles
Numéro de revue
Résumé
Les sources d'électricité renouvelables sont de plus en plus intégrées dans le système électrique, posant des problèmes en termes d'inertie, de fiabilité du réseau et de qualité de l'énergie. La majeure partie de ces sources d'énergie, telles que les éoliennes, sont situées loin des systèmes électriques. Le système de transmission de courant continu haute tension (VSC-HVDC) basé sur un convertisseur de source de tension est idéal pour connecter les parcs éoliens offshore au réseau électrique CA onshore. Depuis plus de 50 ans, les systèmes à courant continu haute tension (HVDC) sont utilisés dans les systèmes de transmission d'énergie. Ce système de transport présente plusieurs avantages, notamment une distribution d'énergie active et réactive découplée, la possibilité d'inverser les flux d'énergie sans ajuster la polarité de la tension et la capacité de fonctionner dans des réseaux électriques vulnérables et indépendants. Outre les avantages mentionnés ci-dessus, les systèmes HVDC sont considérés comme une alternative viable aux systèmes de transmission conventionnels en raison de leur potentiel à transmettre de vastes volumes d'énergie sur de longues distances. En raison de la faible perte de puissance du câble, les technologies HVDC sont idéales pour transporter l'énergie électrique sur de longues distances. Ses principales utilisations comprennent l'interconnexion de réseau non synchrone, le transfert d'énergie électrique à longue distance et la transmission de câbles sous-marins et souterrains. La mise en œuvre d'un réseau hybride AC-HVDC est une étape importante dans le développement des techniques HVDC, car elle conduit à un changement dans la structure du système DC de connexions DC autonomes point à point vers un HVDC multi-terminal (MTDC) système. L'un des types les plus courants de topologies de réseau à courant continu est le VSC-HVDC multi-terminal, qui a plus de deux VSC reliés aux réseaux à courant continu. Seule la technologie VSC, et non la technologie LCC, permet ces types de réseaux HVDC maillés. Cela est dû à la capacité des IGBT à transférer le courant dans les deux sens tout en conservant la même polarité de tension. Le système MTDC est une solution appropriée pour les interconnexions d'énergie propre, et il contribuera à augmenter la stabilité, la flexibilité et les performances du système électrique. Les convertisseurs électroniques de puissance sont utilisés dans les réseaux MTDC pour communiquer avec les systèmes CA et fournir des services de contrôle. Les convertisseurs électroniques de puissance (AC / DC ou DC / DC) joueront sans aucun doute un rôle important pour garantir une stabilité, des performances et une rentabilité élevées du réseau. L'inertie globale du système diminue à mesure que les interconnexions de convertisseurs électroniques de puissance deviennent plus répandues dans le système d'alimentation. Les systèmes de génération d'interconnexion basés sur VSC, tels que les éoliennes, n'ont pas de contribution inertielle par défaut, contrairement aux générateurs synchrones. Une éolienne, par contre, peut être conçue pour fournir une assistance inertielle en ajustant la puissance de sortie pour compenser les conditions du réseau. Plusieurs solutions au manque d'inertie de ces structures à interface électronique ont été proposées. Il est indéniable que les systèmes de stockage d'énergie (SSE) basés sur des convertisseurs de puissance ont la capacité d'améliorer le comportement transitoire du système électrique. La modulation d'une fréquence d'appareil donnée est l'un des objectifs fondamentaux des ESS. L'énergie cinétique contenue dans la masse mobile des éoliennes, le stockage d'énergie par batterie, le stockage d'énergie par air comprimé, le stockage d'énergie par volant, le stockage d'énergie par supercondensateur et le stockage d'énergie magnétique supraconductrice font partie des technologies actuellement proposées. En proposant la technologie MMC pour VSC, l'utilisation de l'énergie stockée dans les stations de conversion devient plus possible car une capacité de stockage d'énergie plus capacitive est disponible dans ce type de convertisseur par rapport à un VSC traditionnel à deux niveaux. L'étude actuelle suggère que les capacités du système HVDC soient utilisées pour améliorer et sécuriser le réseau à courant alternatif du système. Les systèmes de stockage d'énergie (ESS) sont utilisés dans les réseaux MTDC pour surveiller l'électricité, la fréquence, la tension du réseau en courant continu et le partage d'énergie dans diverses conditions, y compris les pannes et les pannes de convertisseur. En résumé, les systèmes électriques sont confrontés à de nouveaux problèmes en raison de la forte pénétration des sources d'énergie renouvelables qui sont connectées au réseau par un convertisseur électronique de puissance. En conséquence, l'augmentation de la connexion de base du convertisseur affecte la fréquence et la stabilité de la tension du système d'alimentation. Les normes de liaison au réseau ont plusieurs objectifs de base, dont l'un est de maintenir la fiabilité globale du système électrique. L'étude actuelle suggère d'utiliser des systèmes de stockage d'énergie (SSE) dans les systèmes HVDC pour augmenter la stabilité du système électrique. Bien que l'utilisation de systèmes de stockage d'énergie (tels que des batteries, des volants d'inertie, des super-condensateurs ou des systèmes d'énergie magnétique supraconducteurs) ait déjà été réalisée pour augmenter l'inrtie du réseau, la combinaison de l'utilisation de systèmes de stockage d'énergie (tels que des batteries, des volants d'inertie, des super-condensateurs, ou systèmes d'énergie magnétique supraconducteurs est quelque peu nouvelle et fascinante dans les réseaux MTDC. Ce concept sera testé sur une variété de systèmes HVDC (point à point, MTDC) pour voir comment l'ESS affecte les différentes caractéristiques du réseau lorsqu'il est connecté via des convertisseurs.
Renewable electricity sources are increasingly being integrated into the power system, posing problems in terms of inertia, grid reliability, and power quality. The bulk of these energy sources, such as wind turbines, are situated far from power systems. The voltage-source converter-based high voltage direct current (VSC-HVDC) transmission system is a good fit for connecting offshore wind farms to the onshore AC power grid. For more than 50 years, high-voltage direct current (HVDC) systems have been used in power transmission systems. This transmission system has several benefits, including decoupled active and reactive power distribution, the ability to reverse power flows without adjusting voltage polarity, and the ability to run in vulnerable and independent power networks. Aside from the benefits mentioned above, HVDC systems are seen as a viable alternative to conventional transmission systems due to their potential to transmit vast volumes of power over long distances. Because of the low cable power loss, HVDC technologies are ideal for transporting electrical power over long distances. Its key uses include nonsynchronous network interconnection, long-distance electrical energy transfer, and underwater and underground cable transmission. Implementing a hybrid AC-HVDC grid is a significant step forward in the development of HVDC techniques, as it leads to a shift in the dc system's structure from point-to-point stand-alone dc connections to a multi-terminal HVDC (MTDC) system. One of the most common types of dc grid topologies is multi-terminal VSC-HVDC, which has more than two VSC linked to the dc grids. Only VSC technology, not LCC technology, allows for these types of meshed HVDC grids. This is due to IGBTs' ability to transfer current in both directions while maintaining the same voltage polarity. The MTDC system is an appropriate solution for clean energy interconnections, and it will help to increase power system stability, flexibility, and equipment performance. Power electronic converters are used in MTDC grids to communicate with AC systems and provide control services. Power electronic converters (AC/DC or DC/DC) will undoubtedly play an important role in ensuring high grid stability, performance, and cost-effectiveness. The overall system inertia is decreasing as power electronic converter interconnections become more prevalent in the power system. VSC-based interconnection generation systems, such as wind turbines, do not have an inertial contribution by default, unlike synchronous generators. By adjusting the power output to adapt to grid circumstances, a wind turbine, on the other hand, may provide inertial support. The problem of inertia reduction in the AC/DC system has been tackled using a variety of methods. To provide frequency support for connected AC grids, these solutions include utilizing the control capability of MTDC systems and Energy Storage Systems (ESSs). It is an undeniable fact that power converter-based Energy Storage Systems (ESSs) have the ability to improve power system transient behavior. The modulation of a given device frequency is one of the basic goals of ESSs. Kinetic energy contained in the moving mass of wind turbines, battery energy storage, compressed air energy storage, flywheel energy storage, supercapacitor energy storage, and superconducting magnetic energy storage are among the technologies currently proposed. By proposing the MMC technology for VSC, using the energy stored in the converter stations is becoming more possible because more capacitive energy storage capability is available in this kind of converter in comparison with a traditional two-level VSC. The current research implies that the HVDC system's capabilities might be used to improve and safeguard the interconnected ac network. Furthermore, Energy storage systems (ESS) are used in MTDC grids to monitor electricity, frequency, dc network voltage, and power-sharing under a variety of conditions, including faults and outages. In a summary, power systems are facing new problems as a result of the high penetration of renewable energy sources that are connected to the grid by a power electronic converter. As a result, the increasing converter base connection affects the power system's frequency and voltage stability. Grid link standards have several basic goals, one of which is to maintain the overall reliability of the power system. To improve power system stability, the present study proposes utilizing the control capacity of MTDC systems and Energy Storage Systems (ESSs) in MTDC systems. The proposed approach enables the VSC converters to provide short-term frequency support for the AC side and improve the DC grid stability. While using energy storage systems (such as batteries, flywheels, super-capacitors, or superconductor magnetic energy systems) to increase grid inertia has been achieved before, the combination of using energy storage systems (such as batteries, flywheels, super-capacitors, or superconductor magnetic energy systems) in MTDC networks is somewhat new and fascinating. This concept will be tested on a variety of HVDC systems (point to point, MTDC) to see how ESS affects the network's various characteristics when connected through converters.
Description
Revue
DOI
URL vers la version publiée
Mots-clés
Citation
Type de document
thèse de doctorat