Simularea defectelor într-o rețea multiterminală la tensiune continuă, care folosește convertoare modulare multinivel în punte întreagă
Ioan-Cătălin Damian, Mircea Eremia și Lucian Toma
În prezent, există un interes crescând față de sursele regenerabile și integrarea lor în sistemul de alimentare. Acest interes este subliniat și mai puternic de numărul tot mai mare de vehicule electrice, care duce la o creștere a cererii de energie electrică. Deoarece obiectivul industriei vehiculelor electrice este de a oferi un mediu mai curat prin reducerea emisiilor de CO2, nu este acceptabil să se genereze energia necesară din centralele electrice pe cărbune (sau chiar pe gaz). De aceea, sunt încurajate investițiile în hidrocentrale, parcuri fotovoltaice și eoliene. Pe de altă parte, astfel de centrale sunt rareori aproape de marii consumatori de energie electrică. Pe lângă investițiile în noi centrale electrice, sunt necesare investiții suplimentare pentru rețelele de transport. Datorită distanței semnificative dintre instalațiile de generare și consumatorii mari, cea mai bună soluție tehnică și economică este transportul energiei la tensiune continuă (HVDC), într-o configurație multiterminală.
Datorită restricțiilor din teren (spațiu disponibil, obstacole etc.), trebuie utilizată o combinație de linii electrice aeriene și subterane. Astfel de configurații duc la expunerea la condiții de mediu (ceea ce poate duce la avarii neașteptate). Pentru a aborda această problemă, există trei soluții posibile.
Prima are în vedere utilizarea întreruptoarelor pe partea de tensiune alternativă a convertorului pentru a limita curenții de defect. Această abordare folosește o tehnologie matură, dar nu este adecvată pentru HVDC multiterminal, deoarece lasă indisponibilă întreaga rețea la tensiune continuă.
A doua soluție corespunde folosirii întreruptoarelor de tensiune continuă (DCCB). Cu toate acestea, un astfel de întreruptor este extrem de scump, iar tehnologia nu este suficient de matură.
A treia soluție propune utilizarea convertoarelor modulare multinivel (MMC) care au submodule punte-întreagă. Astfel de topologii au capacitatea de a limita curenții de defect. Prin urmare, sunt preferate în configurațiile care utilizează linii aeriene, chiar dacă pierderile în conducție sunt mai mari în comparație cu MMC cu semi-punte. De aceea, soluția cu submodule punte-întreagă este preferabilă.
Mai, mult, sunt necesare instrumente avansate de simulare. În acest sens, se propune utilizarea unui model echivalent detaliat direct pentru convertoarele MMC-HVDC, coroborat cu o abordare eficientă de control vectorial, pentru a evalua performanța convertoarelor cu circuite full-bridge, în condiții de defect. Această analiză este centrată în jurul unei configurații multiterminale și este motivată de o tendință crescută la nivel mondial de a extinde conceptul de HVDC către o structură buclată.
Figura 1. Vedere de ansamblu asupra unei stații de conversie [1]
Figura 2. Submodul punte-întreagă [1]
[1]. Jan Mrosik, ULTRANET – The energy transition in Germany – Siemens supplies converters for grid expansion to Amprion and TransnetBW, Siemens, 2016.