Assessing the impact of synthetic inertia controls in DFIG wind turbines on small-signal stability

Tilstedeværelsen av fornybare energikilder, spesielt vindkraft, øker raskt i kraftsystemet. Bruk av vindturbiner medfører også utfordringer, da rotasjonshastigheten til store vindturbiner reguleres for å oppnå maksimal effektutvinning fra vinden. Hastighetsreguleringen forårsaker frakobling mellom den mekaniske rotasjonen til vindturbinen og den elektriske frekvensen til kraftsystemet. Frakoblingen fører til at økende implementering av vindkraft i kraftsystemet reduserer systemets treghetsmoment og svekker frekvensstabiliteten. En populær løsning på treghetsreduksjonen er syntetiske treghetsregulatorer. Dette er en manipulasjonsteknikk i effektreferansen til vindturbinen. Regulatoren forårsaker raske og potensielt betydelige effektendringer. Referansemanipulasjonen er gjennom en derivator proporsjonal med endringen i frekvens og gjennom rotasjonshastigheten proporsjonal med kinetisk energi lagret i vindturbinens rotasjon. Regulatoren får vindturbinen til å gi en effekt ved frekvensendringer som ligner på responsen til en synkrongenerator, som motvirker frekvensendringer. Det forventes å finne flere og flere av disse syntetiske treghetsregulatorene i kraftsystemet i tiden som kommer. Raske, referansebaserte kraftelektronikk-omformere vil påvirke kraftsystemets stabilitet. Denne masteroppgaven undersøker hvordan DFIG-vindturbiner med frekvenskontrollere, inkludert syntetiske treghetsregulatorer, påvirker kraftsystemets småsignal-stabilitet. Vindturbinteknologien i fokus er type 3, dobbelmatet induksjonsgenerator. ''Kundur’s two-area system'' brukes til analysen, der en av synkrongeneratorene byttes til vindkraft. Et testsystem er utviklet i DIgSILENT PowerFactory, hvor vindturbinmodellen er utviklet fra DFIG vindturbinmalen, hentet fra DIgSILENT-biblioteket. En komplett frekvenskontroller er designet, bestående av syntetisk treghet- og primærkontroll. Omfattende modellverifisering er utført ved å rekonstruere modellen i programvaren Matlab Simulink. Til tross for enkelte modelleringsforskjeller i programvarene, oppnås en høy grad av korrespondanse mellom egenverdiprofilene. Dette bidrar til å verifisere kraftsystem- og vindturbinmodelleringen. Flere følsomhetsanalyser utføres for vindkraft uten frekvenskontroll og synkron-generering. Dette brukes til å undersøke roten av egenverdibevegelsen til de ulike syntetiske treghetsregulator-analysene, samt gi bedre forståelse rundt DFIG-vindturbiners påvirkning på systemets stabilitet. Uten frekvenskontroll svekker v