Implementation of synthetic inertia function in an HVDC system based on voltage source converters

With rising awareness and concern about environmental pollution and global warming, the current trend to meet energy demand is to shift the primary energy source from fossil fuels to electrical energy converted from renewable energy sources, which are often located far from load centers. In order to transmit large amounts of electric power generated over long distances for integration into the power grid, a strong transmission link with low power losses is desirable. Due to limitations in AC power transmission, a preferable choice to fulfil this need is an HVDC transmission system, which is evolving and overcoming various technical obstacles. One of the challenges it faces is providing frequency stability to the AC grids due to an increasing shortfall of the inertia in power systems. This thesis attempts to emulate the inertia response on an HVDC Simulink model. In order to perform this task, first, study and explore the concept behind Inertia in Power Systems, HVDC systems, Power Electronic Converters with focus on Voltage Source Converters used in modern HVDC systems. It has been also reviewed a few methods to measure frequency and its rate of change in an AC system, and proposed techniques to emulate inertia from VSC based HVDC links. Then an inertia control logic is added, and simulations are carried out on the given HVDC model and its performance is studied.

Con la crescente consapevolezza e preoccupazione per l’inquinamento ambientale e il riscaldamento globale, per soddisfare la domanda di energia la tendenza attuale è quella di trasferire la fonte di energia primaria dai combustibili fossili all'energia elettrica ottenuta da fonti di energia rinnovabile, la quale, di solito, viene prodotta lontano dai centri di carico. Per trasmettere grandi quantità di energia elettrica su lunghe distanze, per l'immissione nella rete elettrica, è auspicabile avere un collegamento di trasmissione efficiente caratterizzato da basse perdite di potenza. Per soddisfare questa esigenza, a causa delle limitazioni nella trasmissione di potenza AC, è preferibile utilizzare un sistema di trasmissione HVDC, il quale si sta via via evolvendo, superando diverse difficoltà tecniche. A causa di un crescente deficit dell'inerzia nei sistemi di alimentazione, una delle sfide che bisogna affrontare è quella di fornire stabilità di frequenza alle reti AC. In questa tesi abbiamo tentato di simulare la risposta inerziale su un modello HVDC realizzato su Simulink. Per svolgere questo compito, per prima cosa abbiamo studiato ed analizzato i concetti alla base di inerzia nei sistemi di alimentazione, sistemi HVDC e convertitori elettronici di potenza concentrandoci sui convertitori di tensione utilizzati nei moderni sistemi HVDC. Abbiamo esaminato anche alcuni metodi per misurare la frequenza e il tasso di variazione in un sistema AC e alcune tecniche che sono state proposte per simulare l'inerzia nei collegamenti HVDC basati su VSC. Infine, è stata aggiunta una logica di controllo dell'inerzia e sono state eseguite alcune simulazioni sul modello HVDC e analizzate le sue prestazioni.