Power Decoupling Control For Grid-Forming Inverters
Author
Eikenes, Bendik
Term
4. term
Education
Publication year
2024
Submitted on
2024-05-31
Pages
56
Abstract
Denne afhandling undersøger, hvordan aktiv og reaktiv effekt kan afkobles i grid-forming (GFM) invertere ved hjælp af virtuel impedansstyring. Problemet opstår især, når føderens X/R-forhold er lavt (mere resistiv impedans), fordi fasevinkel og spændingsamplitude da ikke længere styrer henholdsvis aktiv og reaktiv effekt uafhængigt, hvilket giver kobling, ustabilitet og svag dynamik. Målet er at øge det effektive X/R-forhold til 10 eller højere, så impedansen bliver domineret af induktans og dermed muliggør separat styring af effekterne. Den foreslåede løsning anvender en virtuel impedans bestående af en negativ modstand og en positiv virtuel impedans for at løfte X/R-forholdet. Effekten af afkoblingen vurderes med effekt-trin under forskellige X/R-forhold og netstyrker, og kobling samt trinrespons analyseres. Testene gennemføres både i Simulink-simuleringer og på et eksperimentelt opstilling. Resultaterne viser, at den virtuelle impedans giver en tydelig afkobling i et stærkt net; i et svagere net ses klar afkobling ved aktiveffekt-trin, men ikke ved reaktiveffekt-trin. Derudover medfører den virtuelle impedans en markant dæmpning af systemet.
This thesis investigates decoupling active and reactive power in grid-forming (GFM) inverters using virtual impedance control. The challenge is most evident when the feeder has a low X/R ratio (more resistive impedance), because phase angle and voltage magnitude no longer map cleanly to active and reactive power, leading to coupling, instability, and weak dynamic performance. The goal is to raise the effective X/R ratio to 10 or higher so the impedance becomes inductive and enables separate control of the two powers. The proposed approach applies a virtual impedance composed of a negative resistance and a positive virtual impedance to increase the X/R ratio. The decoupling effect is evaluated using power step tests under different X/R ratios and grid strengths, examining coupling and step responses. Tests are conducted in Simulink and on an experimental setup. Results show that virtual impedance provides clear decoupling in a strong grid; in a weaker grid, decoupling is evident during active power steps but not during reactive power steps. The virtual impedance also introduces significant damping to the system.
[This summary has been generated with the help of AI directly from the project (PDF)]
Documents