Invloed van de PLL op de invertorregeling

摘要

Vandaag de dag worden steeds meer hernieuwbare energiebronnen geïmplementeerd in het bestaande distributienet. Dit distributienet werd echter oorspronkelijk niet ontworpen voor massale stroominjectie. Bijgevolg loopt deze integratie van decentrale productie-eenheden niet van een leien dakje. Distributienetbeheerders staan voor grote uitdagingen om de problemen aan te pakken die hiermee gepaard gaan. Actuele thema's binnen deze problematiek zijn onder meer de invoering van de netvergoeding en de smart meters. Dergelijke maatregelen behandelen vooral het financiële aspect van het verhaal, maar dit zijn lang niet de enige problemen die optreden in een net waar verbruik en productie samengaan. Deze thesis, die doorging aan de elektrische onderzoeksgroep LEMCKO van Howest, behandelt een zeer specifiek aspect van de algemene problematiek. Wanneer verbruik en productie samenwerken, kunnen in sommige gevallen lokaal problemen optreden met betrekking tot power quality. Deze problemen zijn onder meer flikker en het ongewenst uitschakelen van de beveiligingen. Metingen toonden aan dat laagfrequente oscillaties voorkomen in de stromen en spanningen. Een onderzoek werd opgestart vanuit Lemcko om de oorzaak van het probleem te vinden en dit leverde enkele zeer interessante resultaten met betrekking tot deze nog slechts weinig bekende problematiek. Als snel werd duidelijk dat er problemen waren met de synchronisatie van de decentrale productie-eenheden en dit specifiek in combinatie met last. Binnen de invertorregeling werd de component die verantwoordelijk was voor de synchronisatie met het net, namelijk de PLL, nader onderzocht. Dit onderzoek leidde tot de conclusie dat de regelin stellingen van deze PLL bepalend waren voor het al dan niet optreden van de beschreven problematiek. Een andere belangrijke bemerking is dat ook het type van de transformator een zeer cruciale rol speelt. De oorzaak van het probleem is bijgevolg niet eenduidig toe te wijden aan één welbepaald onderdeel van de installatie maar des te meer aan de manier waarop verschillende systemen met elkaar interageren. Niet enkel de conclusies van deze thesis schijnen een nieuw licht op de problematiek, maar ook de manier waarop het probleem werd aangepakt is vernieuwend. Zo werd een vereenvoudigd analytisch regelmodel ontwikkeld die toelaat het gedrag van vermogenelektronische invertoren te voorspellen met behulp van wat basis regeltechniek. In het volgende artikel wordt de problematiek beschreven, alsook de aanpak en de resultaten. Voor volledige berekening, resultaten en bemerkingen wordt doorverwezen naar de thesis of de auteur (coördinaten terug te vinden aan het eind van het artikel).%Today, more and more renewable energy sources are implemented in the existing distribution network. This distribution system, however, was not originally designed for massive current injection. Consequently, this integration of decentralized production units does not run without problems. Distribution system operators face major challenges to address the problems involved. Current topics in this issue include the introduction of the compensation for the grid and the smart meters. Such measures would mainly handle the financial aspect of the topic, but these are not the only problems in the grid where consumption and production go hand in hand. This thesis, realized in the research group 'electricity' LEMCKO of Howest, deals with a very specific aspect of the general problem. When consumption and production work together, there may be in some cases local problems related to power quality. These problems include flicker and the unwanted triggering of the protections. Measurements showed that low frequency oscillations occur in currents and voltages. An investigation was started from Lemcko to find the cause of the problem and this provided some very interesting results related to these still only little-known problems. Soon it became clear that there were problems with the synchronization of the distributed production units and specifically in conjunction with loads. Within the inverter control, there was the component, which is responsible for the synchronization with the grid, namely the PLL This component had to be further investigated. This research led to the conclusion that the settings of this PLL determined whether the described problems would occur or not. Another important finding was that the type of transformer plays a very crucial role. The cause of the problem is therefore not dedicated to one particular part of the installation, but to the way different systems interact with each other. Not only the conclusions of this thesis shine a new light on the issues involved, but also the way the problem was addressed is innovative. A simplified analytical model was developed that allows predicting the behavior of power electronic inverters using some basic control technology. The following article discusses the issues, as well as the approach and the results. For complete calculation, results and comments the reader is invited to read the full thesis (coordinates can be found at the end of the article).