Desempenho dinâmico e controle de oscilações eletromecânicas em sistemas HVDC multi-infeed

Abstract

Este trabalho propõe-se a analisar e mitigar interações eletromecânicas existentes em um sistema elétrico de potência contendo dois elos HVDC que possa ser caracterizado como Multi-Infeed. A interação existente entre os elos HVDC também é avaliada. Para tanto, utiliza-se uma análise modal baseada no estudo de pequenas perturbações para o sistema de interesse. Com a modelagem dos componentes sendo realizada de forma adequada para representar os efeitos dinâmicos, torna-se possível identificar e investigar modos eletromecânicos com baixos amortecimentos que são capazes de ocasionar fenômenos prejudiciais à operação do sistema. Para o sistema proposto, foram desenvolvidas estratégias de controle que utilizam as estações conversoras para amortecer os modos críticos existentes. Três técnicas de controle são propostas para realização dos projetos, sendo elas: alocação de polos baseada no domínio da frequência, minimização da abscissa espectral e minimização da norma H_8. Três cenários são propostos para analisar o desempenho e a robustez. Nesses cenários, alterou-se a impedância de acoplamento entre os elos HVDC presentes no sistema Multi-Infeed e consequentemente o grau de interação existente entre eles, assim, possibilitando a avaliação da operação dos controladores perante diferentes interações existentes entre elos HVDC. Para constatar a existência dessas interações, essas foram medidas através de índices específicos. Utilizou-se o MIIF (Multi-Infeed Interaction Factor) para esse estudo. Com o MIIF consegue-se quantificar a interação e avaliar a diferença existente em cada cenário, verificando a influência do aumento ou redução da impedância de acoplamento sobre a interação. Com os devidos procedimentos realizados, verificou-se a relação entre a impedância de acoplamento e o nível de interação entre os elos. A interação aumenta à medida que a impedância diminua. Ao avaliar o impacto do nível de interação sobre os controladores projetados, apenas o que utiliza a minimização da norma H_8manteve resultados satisfatórios.<br>

Abstract : This work proposes to analyze and mitigate electromechanical interactions in an electric power system containing two HVDC links that can be characterized as Multi-Infeed. The interaction between the HVDC links is also evaluated. Therefore, a modal analysis based on the study of small-signal for the system of interest is used. With the modeling of the components being performed properly to represent the dynamic effects, it becomes possible to identify and investigate electromechanical modes with low damping which are capable of causing detrimental phenomena to the system operation. For the proposed system, control strategies were developed using the converters to damp critical modes. Three control techniques are proposed to implement the projects: based pole allocation, minimization of the spectral abscissa and minimization of the H1 norm. Three scenarios are proposed to analyze performance and robustness. In these scenarios, the coupling impedance between the HVDC links in the Multi-Infeed system was altered and consequently the interaction between them. Thus, it is possible to evaluate the operation of the controllers with different interactions between HVDC links. To verify the existence of these interactions, specific indices were used. The MIIF (Multi-Infeed Interaction Factor) was used. With MIIF, it is possible to quantify the interaction and evaluate the difference in each scenario, verifying the influence of the increase or reduction of the coupling impedance on the interaction. With this study, a relationship between the coupling impedance and the level of interaction in the converter operation was verified. The interaction increases as the impedance decreases. When assessing the impact of this interaction about the projected controllers, only the project that uses the minimization of the H1 norm presents satisfactory results.