Generation of scenarios for the validation of dynamic mode decomposition

With increasing DC loads, distributed power sources, energy storage devices and power electronics connected to the grid, traditional AC distribution networks will face many challenges. Compared with the traditional AC distribution network, the flexible DC distribution network with VSC converter as the core has high transmission capacity, high power supply reliability, flexible and diverse operation modes, and convenient access to distributed power and energy storage. In terms of its strong technical and economic advantages, the flexible DC power distribution network will have broad development prospects. Due to the "low inertia" and "low damping" characteristics of the DC distribution network, the line current rises quickly and the amplitude is large after the fault, which will bring a huge impact on the stable operation of the DC distribution network within a few milliseconds, causing serious hazards like voltage collapse, converter blocking, power flow reversal, and even AC-DC cascading failure. Therefore, the fast and reliable DC distribution network line protection technology is one of the key technologies to ensure the safe and stable operation of DC distribution networks. Firstly, this article proposes the topology of a three-terminal ring-shaped flexible DC power distribution network. The operation principle of the three-phase two-level VSC converter, DC / DC bidirectional transformer, BUCK / BOOST converter and other key equipment in the system are given. The mathematical model is analyzed, and specific control strategies and grid connection schemes are described. Analysis of fault transient characteristics of flexible DC distribution network is the premise and key of protection scheme design and verification. Based on the PSCAD / EMTDC simulation platform, this paper models and simulates typical DC line faults and DC bus faults in flexible DC power distribution networks. The equivalent network and fault transient voltages and currents of the system after the fault are given. The transient process after the fault is divided into several stages to analyze its fault mechanism and the characteristics of transient electrical quantity changes, which laid a theoretical foundation for the proposal of the protection scheme. In the end, this paper takes the DC reactor as the boundary element, the significant difference between the amplitude and direction of the transient current abrupt change in the protection area of the fault area and the non-fault area is applied to propose a suitable line protection scheme for the medium voltage flexible DC distribution network. The protection scheme consists of main protection and backup protection, including fault detection criteria, fault area identification criteria, fault type criteria, the fault is isolated in cooperation with the DC circuit breaker. In the PSCAD / EMTDC simulation platform, various fault conditions on the DC side are simulated, and the proposed protection scheme is verified. The results prove that the protection scheme fully meets the protection requirements of the flexible DC distribution network and it can effectively guarantee the safe, reliable and stable operation of the DC distribution network.

Con l'aumento dei carichi in CC (corrente continua), della generazione distribuita, dei dispositivi di accumulo dell'energia e di elettronica di potenza connessi, le reti di distribuzione in CA (corrente alternata) devono affrontare molte sfide. Rispetto alla tradizionale rete di distribuzione in corrente alternata, la flessibile rete di distribuzione in CC con convertitore VSC, ha un'elevata capacità di trasmissione, un'alta affidabilità dell'alimentazione, modalità di funzionamento flessibili e diversificate, ed infine un comodo accesso all'alimentazione distribuita e all'immagazzinamento dell’energia. In termini di forti vantaggi tecnici ed economici, la flessibile rete di distribuzione di energia in CC presenta ampie prospettive di sviluppo. A causa delle caratteristiche di "bassa inerzia" e di "basso smorzamento" della rete di distribuzione in CC, la corrente di linea e la sua ampiezza presentano un rapido aumento dopo un guasto, il che ha un impatto enorme sul funzionamento stabile della rete di distribuzione in CC nell’arco di pochi millisecondi, causando gravi problematiche come una perdita di tensione, il blocco del convertitore, l'inversione del flusso di potenza e persino il guasto a cascata CA-CC. Pertanto, la veloce ed affidabile tecnologia di protezione della linea è una delle chiavi tecnologiche per garantire il funzionamento sicuro e stabile delle reti di distribuzione in CC. In primo luogo, questa tesi propone la topologia di una flessibile rete di distribuzione in corrente continua a forma di anello con tre terminali. Viene fornito il principio di funzionamento del convertitore a due livelli VSC trifase, il trasformatore bidirezionale CC / CC, il convertitore BUCK / BOOST e altre apparecchiature fondamentali del sistema. Viene analizzato il modello matematico e vengono descritte strategie di controllo specifiche e gli schemi di connessione alla rete. L'analisi delle caratteristiche transitorie di guasto della rete di distribuzione in CC flessibile è la premessa e la chiave della progettazione e della verifica dello schema di protezione. Basato sulla piattaforma di simulazione PSCAD / EMTDC, questo lavoro modella e simula i guasti tipici della linea in CC e i guasti del bus in CC nelle reti di distribuzione flessibili. Vengono fornite le tensioni e le correnti transitorie della rete e dei guasti equivalenti del sistema dopo il guasto. Il processo transitorio dopo il malfunzionamento è suddiviso in più fasi per analizzare il meccanismo di guasto e le caratteristiche delle variazioni transitorie delle grandezze elettriche. Questo processo ha determinato le basi teoriche per lo schema di protezione proposto. Infine, questo progetto considera la reattanza in CC come elemento limite. La differenza significativa tra l'ampiezza e la direzione della variazione improvvisa della corrente transitoria nell'area di protezione, nell'area di guasto e nell'area di non guasto viene considerata per proporre uno schema di protezione di linea per la rete di distribuzione in CC flessibile a media tensione. Lo schema di protezione comprende la protezione principale e la protezione di backup. In funzione dei criteri di rilevamento guasti, di identificazione dell'area di guasto, del tipo di guasto, esso viene isolato in collaborazione con l'interruttore in CC. Nella piattaforma di simulazione PSCAD / EMTDC vengono simulate varie condizioni di guasto sul lato CC e viene verificato lo schema di protezione proposto. I risultati dimostrano che lo schema di protezione soddisfa pienamente i requisiti di protezione della rete di distribuzione in CC garantendone il funzionamento sicuro, affidabile e stabile.