Three-phase modular multilevel converter based unified power flow controller

Abstract

Güç sisteminin tüketiciler tarafından artan talebi karşılamak için esnek olması gerekmektedir. Esnek AC Ġletim Sistemi (FACTS) cihazları, bunu başarmak için güç elektroniği cihazlarını kullanarak bazı güç sistemi parametrelerini kontrol ederler. Birleşik Güç Akış Kontrol Cihazı (UPFC), FACTS cihazlarının en çok yönlü ve esnek olanıdır. UPFC‟nin modellenmesi, özellikle yeni bir tür gerilim kaynağı dönüştürücüsü (VSC) olan modüler çok seviyeli dönüştürücülerin (MMC) yeni tanıtımıyla kolay bir iş değildir. Çoğu model, UPFC'ler pratik olarak uygulandığında durumu gerçekten betimleyemeyen ortalama veya eşdeğer devre modelleridir. Bu tez, yarım köprü konvertörü alt modüllerinden oluşan bir MMC tabanlı UPFC'nin ayrıntılı bir modelini sunmaktadır. Bir MMC, Ġletim hattına (UPFC konfigürasyonu) bir tarafı seri, diğer tarafı ise paralel bağlı olarak sırt-sırta bağlı modda bağlanmadan önce bir benzetim ortamında tasarlanmış ve test edilmiştir. Bir dq aktif ve reaktif güç akış kontrol şeması önerilmiştir ve birçok simülasyondan elde edilen sonuçlar sunulacaktır. UPFC, seçilen hattaki aktif ve reaktif güç akışlarını aynı zamanda kontrol edebilir ve güç akış kontrol döngüleri aktifken, bara gerilimini dinamik olarak kontrol edebilir.Anahtar Kelimeler: Esnek AC Ġletim Sistemleri (FACTS), Birleşik Güç Akış Kontrol Cihazı (UPFC), Gerilim Kaynağı Çeviricisi (VSC), Modüler Çok Seviyeli Dönüştürücü (MMC), Yarım Köprü Alt Modülü, Gerçek ve Reaktif Güç Akışı Kontrolü ve Veriyolu Voltaj Kontrolü.

The power system needs to be flexible to cater for the increasing demand by its consumers. Flexible AC Transmission System (FACTS) devices use power electronic devices to achieve this by controlling some power system parameters. The Unified Power Flow Controller (UPFC) is the most versatile and flexible of FACTS devices. Modeling of UPFCs is not an easy task especially with the recent introduction of modular multilevel converters (MMC) as a new type of voltage source converter (VSC). Most models are average or equivalent circuit models which do not really depict the situation when UPFCs are implemented practically. This thesis provides a detailed model of an MMC based UPFC made up of half-bridge converter submodules. An MMC has been designed and tested in a simulation environment before being connected in back to back mode with one end in series and the other in parallel with a transmission line (UPFC configuration). A DQ real and reactive power flow control scheme has been proposed and results obtained from the numerous simulations will be presented. UPFC is able to control real and reactive power flows on the chosen line and at the same time, it can control the bus voltage dynamically while the power flow control loops are active.Key Words: Flexible AC Transmission Systems (FACTS), Unified Power Flow Controller (UPFC), Voltage Source Converter (VSC), Modular Multilevel Converter (MMC), Half Bridge Sub-module, Real and Reactive Power Flow Control and Bus Voltage control.