Modeling of LVDC distribution system : an assessment of control, power quality and DC faults

The main objective of this dissertation is to design, control, and perform power quality studies in the VSC-LVDC domain. A major proportion of the investigation focuses on the poorly damped controllers and instability which linked to DC side resonance. Initially, a graphical tuning method is used to modeled two-terminal VSC-LVDC connection to find centroids of stability regions in the controller parameter space. Time-domain simulation models are implemented in the Simulink environment. The model integrates analytical equations that describe the behavior of the network components and power flow calculations. Meanwhile, the power quality measurements and harmonic pollution on the DC network are analyzed. Further, the network behavior during transients is analyzed and verified that the proposed model is stable during large-scale perturbations. Finally, the studies are performed in LVDC network faults, with the main objective of proposing advanced control strategies that can offer robust performance during steady-state and transient conditions, while improved power flow and direct voltage handling capabilities. The advantageous properties of the proposed controllers are proven through simulations under different fault conditions, in which their performance compared to their conventional counterparts are shown.

L'obiettivo principale di questa tesi è progettare, controllare ed eseguire studi sulla qualità dell'alimentazione nel dominio VSC-LVDC. Una parte importante dell'indagine si concentra sui controller scarsamente smorzati e sull'instabilità collegati alla risonanza del lato DC. Inizialmente, viene utilizzato un metodo di ottimizzazione grafico per modellare la connessione VSC-LVDC a due terminali per trovare i centroidi delle regioni di stabilità nello spazio dei parametri del controller. I modelli di simulazione nel dominio del tempo sono implementati nell'ambiente Simulink. Il modello integra equazioni analitiche che descrivono il comportamento dei componenti di rete e i calcoli del flusso di potenza. Nel frattempo, vengono analizzate le misurazioni della qualità dell'alimentazione e l'inquinamento armonico sulla rete DC. Inoltre, il comportamento della rete durante i transitori viene analizzato e verificato che il modello proposto sia stabile durante le perturbazioni su larga scala. Infine, gli studi vengono condotti su guasti della rete LVDC, con l'obiettivo principale di proporre strategie di controllo avanzate in grado di offrire prestazioni affidabili in condizioni di regime e transitorio, migliorando al contempo il flusso di potenza e le capacità di gestione della tensione diretta. Le proprietà vantaggiose dei controller proposti sono dimostrate attraverso simulazioni in diverse condizioni di errore, in cui sono mostrate le loro prestazioni rispetto alle loro controparti convenzionali.