Disputation inom elkraft- och energiteknik, DI Tuure Nurminen

Avhandlingens titel: Multifunctional control for robust grid-forming converters

Doktorand: Tuure Nurminen
Opponent: Prof. Mebtu Beza, Chalmers University of Technology, Sverige
Kustos: Prof. Marko Hinkkanen Aalto-universitetets högskola för elektroteknik   

Förnybar energiproduktion introduceras med snabb takt i ett försök att minska koldioxidutsläpp. Majoriteten av denna energiproduktion kommer att kopplas till elnätet via omriktare som utnyttjar kraftelektronik. Denna omriktar-baserad energiproduktion ersätter synkrona generatorer i elnätet. Därför behöver elnätet omriktare som kan stödja nätets stabila drift när andelen synkrona generatorer minskar, dvs. det krävs nätbildande omriktare. Nätbildande omriktare verkar som spänningskällor, dvs. de strävar efter att reglera spänningsmagnitud och frekvens. Utöver detta, kan en nätbildande omriktare också behöva kunna fungera som en strömkälla, t.ex. för strömbegränsningsändamål. 

Denna avhandling behandlar reglermetoder för nätbildande omriktare som är multifunktionella. Multifunktionella omriktare kan byta reglerläge enligt operativa krav, vilket gör dem till en flexibel tillgång för framtidens elnät. 

Avhandlingen introducerar en multifunktionell reglerstruktur, som utnyttjar återkopplingslinjärisering och en störningsobservatör, för systematisk utveckling av reglermetoder. Avhandlingen fokuserar på nätbildande reglermetoder som utvecklas på basis av olika systemmodeller. Både L- och LCL-filtermodeller används. Reglering av nätbildande omriktare under obalanserade nättillstånd beaktas också. Dessutom föreslår avhandlingen dubbelspänningsbildande kontroll för samtidig växel- och likspänningsreglering. 

De föreslagna metoderna inkluderar ett strömregleringsläge för hantering av nätverksfel. Reglerstrukturen som används i avhandlingen möjliggör att härleda relativt enkla småsignalmodeller var reglerförstärkning kan enkelt relateras med polplacering. Störningsobservatören tillför synkronisering och den spelar en central roll vid sömlös byte av reglerläge. 

De utvecklade reglermetoderna valideras experimentellt med hjälp av en 12,5-kVA omriktare. De experimentella resultaten visar att reglermetoderna har utmärkt dynamisk prestationsförmåga oavsett nätinduktans. De visas också vara robusta mot fel vid uppskattning av nätinduktans, dvs. det är inte nödvändigt att känna till nätinduktansen.

Nyckelord: L filter, LCL filter, multifunktionell reglering, nätbildande omriktare, omriktare för spänningskälla, polplacering, spänningsreglering, strömbegränsning, strömreglering, störningsobservatör, tillståndsåterkoppling, återkopplingslinjärisering

Avhandlingen är offentligt tillgänglig i elektronisk form 7 dagar före disputationen: Aaltodoc 

Kontakt information: 
tuure.nurminen@aalto.fi

Zoom snabbguide (in English)