Unbalanced short-circuit fault calculations for modern grids with power converters

Abstract

An approach to take into account Voltage Source Converters’ (VSCs) presence during unbalanced short-circuit faults is presented in this thesis, as well as its software implementation. The main idea is to model VSCs as controlled current sources that inject a given current and, therefore, a fixed power, depending on the bus voltage. This way, the characteristic non-linearities of these elements can be simplified, and the grid is made up of only linear elements. Throughout these lines, the reader can find: an explanation of the modelling of electrical grid elements, the equations involved in the proposed approach and three case studies to test the software implemented against different parameters. In conclusion, it is viable and necessary to rigorously include VSCs when performing short-circuit analysis

Aquesta tesi presenta un enfocament per a l’estudi de faltes de curtcircuit no balancejades de manera que es tingui en compte la presència de convertidors a les xarxes. La idea principal és modelar aquests elements com a fonts de corrent controlades, que per definició injecten un corrent donat i, per tant, certa potència, depenent del voltatge al bus a què estan connectats. D’aquesta manera, les no-linealitats característiques dels convertidors se simplifiquen i la xarxa elèctrica es modela amb únicament elements lineals. El lector trobarà: una explicació del modelatge dels elements elèctrics de xarxa, les equacions ne- cessàries per implementar el càlcul proposat i tres casos d’estudi per fer el testatge del programari en funció de diferents paràmetres. Es conclou que és viable i necessari incloure els convertidors de voltatge en els càlculs de curtcircuit

Esta tesis presenta un enfoque para el estudio de faltas de cortocircuito no balanceadas de forma que se tenga en cuenta la presencia de convertidores en las redes. La idea principal es modelar estos elementos como fuentes de corriente controladas, que por definición inyectan una corriente dada y, por tanto, cierta potencia, dependiendo del voltaje al bus al que están conectados. De esta forma, las no-linealidades características de los VSCs se simplifican y la red eléctrica se modela con únicamente elementos lineales. El lector encontrará: una explicación del modelado de los elementos eléctricos de red, las ecua- ciones necesarias para implementar el cálculo propuesto y tres casos de estudio para realizar el testaje del software en función de diferentes parámetros. Se concluye que es viable y necesario incluir los convertidores de voltaje en los cálculos de cortocircuito