Grid-forming control for high-power inverters
| dc.contributor.advisor | Urtasun Erburu, Andoni | |
| dc.contributor.advisor | Marroyo Palomo, Luis | |
| dc.contributor.author | Erdocia Zabala, Ioseba | |
| dc.contributor.department | Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación | es_ES |
| dc.contributor.department | Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren | eu |
| dc.contributor.funder | Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa | es |
| dc.date.accessioned | 2022-05-11T07:15:10Z | |
| dc.date.available | 2024-04-29T23:00:08Z | |
| dc.date.issued | 2022 | |
| dc.date.submitted | 2022-04-29 | |
| dc.description.abstract | La crisis medioambiental actual está potenciando el aumento de la demanda de fuentes renovables y sistemas de almacenamiento. La conexión de estas unidades de generación, que se realiza a través de inversores de alta potencia para minimizar costes, está causando el reemplazo completo de los generadores síncronos, dando lugar a que aparezcan más frecuentemente microrredes basadas en inversores de alta potencia que pueden operar conectadas a red, aisladas o en ambos modos. En este escenario, los inversores electrónicos ya no pueden ser controlados en modo grid-following, ya que su funcionamiento como fuentes de corriente podría comprometer la estabilidad del sistema de potencia. Para evitar esto, se ha propuesto controlar los inversores en modo grid-forming, de forma que se comporten como fuentes de tensión, contribuyendo siempre al mantenimiento de la frecuencia y la tensión y siendo capaces de operar de forma aislada. Esta tesis se centra en el desarrollo de estrategias de control grid-forming para inversores de alta potencia. El principal objetivo es diseñar e implementar técnicas que permitan garantizar la operación fiable de los inversores grid-forming en cualquier condición. Por ello, se han abordado los siguientes aspectos: • Modelado del amortiguamiento intrínseco de inversores de alta potencia para diseñar los lazos de control de forma robusta. • Desarrollo de un método que proporcione al control de tensión basado en un único lazo, generalmente implementado en inversores de alta potencia, capacidad para limitar sobrecorrientes. • Análisis de estabilidad de una microrred basada en inversores cuando se utiliza el control droop como estrategia grid-forming. • Diseño de un control droop de frecuencia que garantice la estabilidad transitoria de la microgrid en presencia de sobrecargas y cortocircuitos. • Diseño de un control droop de frecuencia que mejore la estabilidad transitoria de los inversores grid-forming durante huecos de tensión. | es_ES |
| dc.description.abstract | The present environmental crisis is driving the increase in demand for renewable sources and energy storage systems. The connection of these generation units, made through high-power inverters to minimize costs, is leading to the total replacement of synchronous generators, giving rise to the more frequent appearance of high-power inverter-based microgrids that can work tied to the main grid, islanded or in both operating modes. In this scenario, electronics inverters can no longer be controlled in grid-following mode since their performance as current sources would compromise the stability of the power systems. To avoid this, the concept of controlling the inverters in grid-forming mode has been proposed, in such a way that they perform as voltage sources, always contributing to the maintenance of frequency and voltage and having capability of working under stand-alone mode. This thesis aims to develop grid-forming control strategies for high-power inverters. The main objective is to design and implement techniques that permit ensuring the reliable operation of grid-forming inverters at all possible conditions. Therefore, the following issues are addressed: • Modeling of the inherent damping of high-power inverters to robustly design the control loops. • Development of a method that provides the single-loop voltage control, generally implemented in high-power inverters, with an overcurrent limiting capability. • Stability analysis of inverter-based microgrids when using the conventional droop control as grid-forming strategy. • Design of a frequency droop control that guarantees the transient stability of inverter-based microgrids in stand-alone mode in the presence of overloads or short-circuits. • Design of a frequency droop control that enhances the transient stability of grid-forming inverters in grid-connected mode under voltage dips. | en |
| dc.description.doctorateProgram | Programa de Doctorado en Tecnologías de las Comunicaciones, Bioingeniería y de las Energías Renovables (RD 99/2011) | es_ES |
| dc.description.doctorateProgram | Bioingeniaritzako eta Komunikazioen eta Energia Berriztagarrien Teknologietako Doktoretza Programa (ED 99/2011) | eu |
| dc.description.sponsorship | This thesis has been funded by the Public University of Navarre through a PhD scholarship. The company Ingeteam Power Technology has supported economically and technically this project under OTRI contracts 20200901027 and 2018901116. Moreover, the Spanish State Research Agency (AEI) and FEDER-UE have supported the investigation under grants PID2019-110956RB-I00 and DPI2016-80641-R. | en |
| dc.embargo.lift | 2024-04-29 | |
| dc.embargo.terms | 2024-04-29 | |
| dc.format.extent | 208 p. | |
| dc.format.mimetype | application/pdf | en |
| dc.identifier.doi | 10.48035/Tesis/2454/42920 | |
| dc.identifier.uri | https://academica-e.unavarra.es/handle/2454/42920 | |
| dc.language.iso | eng | en |
| dc.relation.projectID | info:eu-repo/grantAgreement/AEI/Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2017-2020/PID2019-110956RB-I00/ES/ | |
| dc.relation.projectID | info:eu-repo/grantAgreement/ES/1PE/DPI2016-80641-R/ | |
| dc.relation.publisherversion | https://doi.org/10.48035/Tesis/2454/42920 | |
| dc.rights | © Todos los derechos reservados | es_ES |
| dc.rights.accessRights | info:eu-repo/semantics/openAccess | |
| dc.subject | Controles grid-forming | es_ES |
| dc.subject | Sobrecarga | es_ES |
| dc.subject | Cortocircuito | es_ES |
| dc.subject | Inversor de alta potencia | es_ES |
| dc.subject | Amortiguación activa | es_ES |
| dc.subject | Control de convertidores | es_ES |
| dc.subject | Grid-forming control | en |
| dc.subject | Short-circuit | en |
| dc.subject | High-power inverter | en |
| dc.subject | Active damping | en |
| dc.subject | Converter control | en |
| dc.title | Grid-forming control for high-power inverters | en |
| dc.title.alternative | Técnicas de controles grid-forming para inversores de alta potencia | es_ES |
| dc.type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
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