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Type: Dissertação
Title: Variable speed pumped hydro based on modular multilevel converters: modeling, control and analysis of pumping-mode operation
Author(s)/Inventor(s): Silva, Matheus Soares da
Advisor: Watanabe, Edson Hirokazu
Abstract: Este trabalho estuda o comportamento de Conversores Modulares Multinível (MMC) controlando mãquinas síncronas em usinas hidrelétricas reversíveis de velocidade variável. Esta topologia baseada em MMC foi proposta na literatura como uma possível tecnologia de armazenamento de energia em larga escala capaz de prover serviços ancilares ao sistema elétrico de potência, ao mesmo tempo que pode ser implementada através da renovação de usinas reversíveis de velocidade fixa já existentes. O modo de bombeamento deste tipo de usina apresenta importantes diferenças em relação a outras aplicações já maduras tecnologicamente para o MMC, tais como elos de corrente contínua. A operação em baixa frequência durante a partida da usina e o controle de máquinas síncronas de centenas de MW são, por exemplo, exclusividade das usinas reversíveis de velocidade variável. Esta dissertação apresenta resultados de simulações utilizando um modelo detalhado, construído em PSCAD/EMTDC, deste tipo de aplicação do conversor MMC. Contribuições referentes à técnica de controle aplicada durante a operação em baixa frequência, baseada na injeção de tensão de modo comum, são apresentadas. Considerações relativas ao projeto do conversor e uma descrição detalhada do sistema de controle também o são. Além disso, os resultados da implementação do conceito de inércia sintética durante o modo de bombeamento também são apresentados.
Abstract: This work deals with the behavior of a Modular Multilevel Converter (MMC) driving synchronous machines in variable-speed pumped hydro storage plants. This MMC-based topology has been proposed as one capable of implementing large-scale energy storage with fast dynamics and ancillary services while being possibly realized via retrofitting of existing fixed-speed pumped hydro storage units. The pumping mode of this application presents important differences in comparison to mature MMC applications, such as High-Voltage Direct Current links. For example, the low-speed operation of pumped hydro storage units during start-up and the control of an electrically excited salient pole machine. This dissertation presents a detailed PSCAD/EMTDC model and the results of time-domain simulations of this relatively new application. Some contributions are made to the start-up procedure technique based on common-mode voltage injection. Considerations on the main circuit design and a detailed description of the control system design are presented. Furthermore, the implementation of synthetic inertia into the pumping mode operation of this large-scale energy storage technology is studied.
Keywords: Armazenamento hidrobombeado
Multinível modular conversor
Acionamentos elétricos
Sintético inércia
Subject CNPq: Engenharia Elétrica
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Dec-2020
Publisher country: Brasil
Language: eng
Right access: Acesso Aberto
Appears in Collections:Engenharia Elétrica

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