Approach of analysis and nonlinear control of HVDC transmission systems
Approches d’analyse et de commande non linéaire de systèmes de transmission HVDC
Résumé
In future, the capability of the electric power transmission continues to grow due to renewable energy production and the needs of the electrical market. Consequently, many High Voltage Direct Current (HVDC) transmission systems are developed to overcome the limitations of the High Voltage Alternative Current (HVAC) transmission systems. This progression is linked to the innovation of new power electronic devices, which play a key role to provide high reliability, good efficiency and cost effectiveness for HVDC transmission systems.
Currently, most of the HVDC and Multi-terminal HVDC (MTDC) systems using either thyristor based Line Commutated Converters (LCCs) or IGBT-based Voltage Source Converters (VSCs). Recently, the development of a new Modular Multilevel Converter (MMC) in the HVDC context has taken the advantage over the classical topology as three-level VSC.
The main contributions of this thesis work can be put into two areas: The first consists in modeling and controlling the HVDC and MTDC transmission systems based on VSC converter. Three new control structures are proposed for stabilizing and improving the dynamic behavior of the VSC-HVDC and VSC-MTDC systems. In the second area, the objectives focus on modeling and analysis of the stability of integrated MMC converter in a DC network. Moreover, nonlinear and robust control approaches are proposed in order to improve the desired dynamic performance of the MMC-HVDC transmission systems.
The effectiveness of the proposed control strategies for VSC and MMC converter integrated into an HVDC systems is evaluated and discussed in simulation studies using Matlab/SimPowerSystem environment.
De nos jours, la capacité de la transmission d'énergie électrique est en pleine croissance en raison de la production d'énergie renouvelable et les besoins du marché de l'électricité. Il en résulte une grande avancée dans le développement des systèmes de transmission HVDC en vue de surmonter les limites des systèmes de transmission HVAC. Cette progression est liée à l'innovation de nouvelles topologies de convertisseurs de puissance qui jouent un rôle clé pour fournir la haute fiabilité, la bonne efficacité et la rentabilité des systèmes de transmission HVDC.
À l'heure actuelle, la plupart des liaisons HVDC et MTDC sont à base de convertisseurs AC/DC de type LCC ou VSC à 2 ou 3 niveaux. La mise au point plus récente de la technologie modulaire multiniveaux (MMC) dans le contexte HVDC constitue une rupture technologique qui permet d’offrir plus de degrés de liberté aux systèmes de commande dans le but d’assurer les performances désirées.
Les objectifs des travaux de cette thèse sont répartis principalement sur deux volets : Le premier consiste à modéliser et à contrôler les systèmes de transmission HVDC et MTDC à base du convertisseur VSC. Trois nouvelles structures de commande sont proposées pour la stabilisation et l’amélioration du comportement dynamique des systèmes VSC-HVDC et VSC-MTDC. Dans le deuxième volet, les objectifs portent principalement d'une part sur la modélisation et l'analyse de la stabilité du convertisseur MMC intégré dans un réseau DC, et d'autre part, de proposer des approches de commande non linéaire et robuste dans l'optique d'améliorer les performances dynamiques des systèmes de transmission MMC-HVDC.
Toutes les approches de commande proposées ont été illustrées par simulation sous Matlab/Simulink et SimPowerSyem (SPS) en utilisant des modèles moyens des convertisseurs étudiés.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)