Study of the Impact of the PLL Time Constant in Converter Control on the Dynamic Frequency Support of Renewable Energy Plants

Abstract

[ES] Con una proporción creciente de plantas de energía renovable, estas últimas deben contribuir cada vez más a la estabilidad de los sistemas eléctricos para mantener el voltaje y la frecuencia dentro de los límites permitidos. En los sistemas de baja inercia con poca inercia mecánica proporcionada por las masas giratorias de las centrales eléctricas convencionales, las redes de distribución activas ejercen un rol importante en la estabilidad de la frecuencia. La generación de energía moderna se conecta principalmente al sistema de energía a través de "voltage source converters" (VSC). A través de conceptos de control apropiados, el comportamiento dinámico de VSC se puede alterar de tal manera que las plantas de energía renovable contribuyan a la estabilidad general del sistema. En el control de seguimiento de red, el convertidor se sincroniza con la red a través de un lazo de seguimiento de fase (PLL). En la literatura, se discute la idea de ralentizar la dinámica del PLL para lograr un soporte de frecuencia instantáneo del VSC. En teoría, los parámetros del controlador integral proporcional (PI) del PLL se pueden calcular para que coincidan con la ecuación de oscilación de un generador síncrono. Esta tesis investiga el impacto de los parámetros del controlador PI del PLL en el comportamiento del VSC durante las perturbaciones.

[EN] With increasing shares of renewable energy plants, the latter must increasingly contribute to the stability of power systems in order to keep voltage and frequency within the permissible limits. In low-inertia systems with little mechanical inertia provided by the rotating masses of conventional power plants, active distribution grids play a major role in frequency stability. Modern power generation is mainly connected to the power system via voltage-source-converters (VSC). Through appropriate control concepts, the dynamic behavior of VSC can be influenced in such way, that renewable energy plants contribute to the overall system stability. In grid-following control, the converter is synchronized with the grid through a phase-locked-loop (PLL). In literature, the idea of slowing down the PLL dynamics in order to achieve an instantaneous frequency support of the VSC is discussed. The proportional-integral (PI) controller parameters of the PLL can theoretically be calculated to match the swing equation of a synchronous generator. This thesis investigates the impact of the PI controller parameters of the PLL on the VSC behaviour during disturbances.