Supervisory control synthesis for MMC-based HVDC systems
Synthèse de contrôle par supervision pour des systèmes HVDC à base de convertisseurs modulaires multiniveaux
Résumé
The growth of renewable energy production is changing the future of power transmission systems. In recent years, High-Voltage Direct Current (HVDC) technologies based on Modular Multilevel Converters (MMC) are embraced by industry and academia as a solution for the efficient integration of renewable energies into electrical grids. However, this type of technology introduces new challenges in the way power transmission systems are controlled and operated, as faster and more complex control strategies will be needed in a domain which nowadays relies heavily on human decision. In this context, Discrete Event Systems (DES) modeling and Supervisory Control Theory (SCT) are powerful tools for the synthesis of supervisors ensuring that the system to be controlled respects a set of behavioral specifications, imposed by the designer, within its physical limitations. This work proposes a method for the full development, from conception to implementation, of the supervisory control of a multi-terminal DC (MTDC) system. A functional analysis on the considered system has been done so as to identify the main components and operational modes of the grid. Then, the proposed solution is based on the discrete-event modeling of the continuous-time behavior of the components in the system. From there, SCT concepts are applied so as to obtain a hierarchical control architecture taking into account the priority of some control actions that should be treated at the local level. Furthermore, the obtained discrete controllers present a mode-switching structure in order to realize mode management during the operation of the MTDC grid. Finally, a method for the implementation of the obtained controllers in widespread power system simulation software is proposed. The whole work has been validated through the simulation of a case study, involving the mode management of a 3-terminal bipolar MTDC system.
Ces dernières années, les technologies à courant continu haute tension (en anglais, HVDC) basées sur les convertisseurs modulaires multiniveaux (MMC) sont adoptées comme solution pour l'intégration efficace des énergies renouvelables dans les réseaux électriques. Cependant, ces technologies présentent de nouveaux défis dans la façon dont les systèmes de transmission de puissance sont contrôlés et exploités, car des stratégies de contrôle plus rapides et plus complexes seront nécessaires dans un domaine qui repose aujourd'hui fortement sur la décision humaine. Dans ce contexte, la modélisation des systèmes à événements discrets (SED) et la théorie du contrôle par supervision (TCS) sont des outils puissants pour la synthèse de superviseurs qui assurent que le système à contrôler respecte un ensemble de spécifications comportementales, imposées par le concepteur, dans ses limites physiques. Ce travail propose une méthode pour le développement complet, de la conception à la mise en œuvre, du contrôle par supervision d'un système Multi-Terminal DC (MTDC). Une analyse du système considéré a été effectuée afin d'identifier les principaux composants et modes de fonctionnement du réseau. La solution proposée repose sur la modélisation par événements discrets du comportement en temps continu des composants du système. A partir de là, les concepts de la TCS sont appliqués de manière à obtenir une architecture de contrôle hiérarchique prenant en compte la priorité de certaines actions de contrôle à traiter au niveau local. De plus, les contrôleurs discrets obtenus présentent une structure de commutation de mode afin de réaliser une gestion de mode pendant le fonctionnement du réseau MTDC. Enfin, une méthode pour la mise en œuvre des contrôleurs obtenus dans un logiciel de simulation de système électrique répandu est proposée. L'ensemble dutravail a été validé par la simulation d'une étude de cas impliquant la gestion des modes d'un système MTDC bipolaire à trois terminaux.
Origine : Version validée par le jury (STAR)