Active Power Balancing in Multi-Terminal DC Systems

The present work deals with active power balancing in embedded multi-terminal dc systems. The derived controller and grid control concept is able to achieve a significant improvement in power transmission deviations and excitation of oscillatory modes in the case of a converter outage. Starting point for the design is the derivation of control requirements based on an analysis of state of the art converter control and dc grid control concepts in the context of active power balancing. The basic requirements are subsequently developed into design principles for a generalized controller and a derived tiered grid control concept. The controller is designed based on a continuous integration of constant voltage, voltage droop and constant power control. This is achieved by a construction of the control characteristic and the subsequent gain scheduling of the individual loops as well as the PI control gain. Finally, the grid concept is described and simulated on a number of benchmark cases in order to show the effectiveness of the proposed controller and grid concept. Results show, that the defined control objectives can be achieved, i.e. the controller implements the grid concept, the system is stable for all operating points and power transmission deviations and the excitation of oscillatory modes is kept at a minimum.

Die vorliegende Arbeit behandelt das Thema Wirkleistungsgleichgewicht in Multi-Terminal HGÜ-Systemen. Es wird ein Regelungskonzept sowohl auf der Umrichter- als auch auf der Netzebene vorgeschlagen, das im Falle eines Umrichterausfalls den Einfluss auf das umgebende Drehstromnetz in Bezug auf den Leistungsfluss und Generator-Oszillationen minimiert. Aufbauend auf einer Analyse bestehender Konzepte zum Erreichen eines Wirkleistungsgleichgewichtes werden Anforderungen für das Regelungskonzept aufgestellt. Diese gelten als Grundlage für den Entwurf eines allgemeingültigen Reglers und den hierauf aufbauenden Netzkonzepten. Die Umrichterregelung basiert auf einer Verallgemeinerung der existierenden Konzepte in einer Regelstruktur, die sowohl eine Wirkleistungs- und Spannungsregelung als auch dezentrale Konzepte zur Gleichspannungsregelung umsetzen kann. Hierfür wird eine kontinuierliche Regelcharakteristik erzeugt, die durch eine Parameter-Adaption des Regelkreises und PI-Reglers umgesetzt wird. Schlussendlich wird das Netzregelungskonzept beschrieben und anhand von Simulationen in Benchmark-Netzen verifiziert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Regelungsanforderungen erfüllt werden. Das Netzregelungskonzept wird durch die Regler der Umrichter des HGÜ-Systems umgesetzt, das System ist für alle Betriebszustände stabil und die Wirkleistungsabweichungen und die Anregung der Schwingungsmoden werden auf ein Minimum beschränkt.