Analysis of the influence of voltage control on flicker

Abstract

El aumento de los niveles de Flicker debido la creciente descentralización de la generación y cargas en la red de MT, es una amenaza para la calidad de la energía de la red eléctrica en el futuro. Hoy en día, se posicionan diferentes unidades como STATCOMS estratégicamente en nodos sensibles de la red, contribuyendo a su mitigación. El objetivo de esta tesis es investigar la aplicabilidad y eficacia que los inversores. de la generación distribuida interconectada (IIDG) con control Q(U) podrían tener en la mitigación de Flicker. Estas unidades IIDG se denominarán STATCOMs Virtuales. Para realizar este estudio, se analiza el impacto de la constante de tiempo y pendiente característica del control Q(U) de un inversor en la mitigación del parpadeo. Se modela una red de MT simple, donde se genera Flicker según lo estipulado por las pruebas IEC 6100-4-15 a diferentes amplitudes y frecuencias y se introduce mediante una carga con fluctuaciones en su demanda de potencia activa y reactiva. Frecuencias y amplitudes altas demuestran limitar el grado en que los inversores puede mitigar Flicker. Además, para una comprensión más profunda del origen de Flicker y sus características, se modelan sus principales fuentes en la vida real. Esto incluye un horno de arco eléctrico, una máquina de soldadura y el arranque y parada de un motor. Las características de la red en el punto de acoplamiento común (PCC) del inversor también tienen una gran influencia en su efectividad. La potencia de cortocircuito (Ssc) y el ángulo de impedancia de la red en PCC (φ_PCC) son modificados, encontrándose que los valores altos de Ssc y φ_PCC lejos de 90° porporcionan la máxima mitigación de Flicker. Por último, se estudia el comportamiento cooperativo y de interferencia de dos inversores en diferentes escenarios, comparándose con la instalación de un único inversor con la misma potencia aparente nominal total. Se muestra un futuro prometedor en el aumento de la descentralización de la red de MT con respecto a la mitigacón de Flicker. Este estudio se realiza utilizando valores RMS. Para ello se compara la precisión y el tiempo requerido por diferentes métodos de generación de tensión RMS. Además, el medidor de Flicker definido en IEC 6100-4-15 es adaptado para aceptar valores de tensión RMS como entrada en lugar de una onda sinusoidal. Sus limitaciones en la medición de Flicker de alta frecuencia como resultado de los diferentes métodos de generación de tensión RMS, también son cubiertos en este estudio.The increase in flicker levels due to the rise in the decentralization of generation units and loads at MV grid levels, such as arc furnaces, is a threat for the power quality of the system in the near future. Nowadays, different units such as STATCOMS are positioned strategically at sensitive nodes in the grid contributing to its mitigation. The aim of this thesis is to investigate the applicability and effectiveness that inverter interfaced distributed generation (IIDG) with Q(U) control could have in the mitigation of flicker levels in addition to their objective to maintain voltage stability. These IIDG units will be referred to as Virtual STATCOMs. To perform this study, the impact of the time constant and Q(U) characteristic slope of an inverter on flicker mitigation is analyzed. As a basis, a simple configuration of a MV grid is modelled. Flicker is generated as stipulated by the IEC 6100-4-15 tests at different amplitudes and frequencies by introducing a load with fluctuations in its active and reactive power demand. Especially high frequencies and amplitudes show to limit the optimal parameterization and extent to which inverters can mitigate flicker. Further, the main sources of flicker in real life are modelled for a deeper understanding of the origin of flicker and its features. This includes an arc furnace, a welding machine and a motor start/stop. The characteristics of the grid at the Point of Common Coupling (PCC) of the inverter are found to also have a large effect on its effectivity. As a result, short-circuit power (𝑆𝑠𝑐) and grid impedance angle at PCC (𝜑𝑃𝐶𝐶) are varied in different scenarios, finding that high values of 𝑆𝑠𝑐 and 𝜑𝑃𝐶𝐶 far from 90° result in highest flicker mitigation. Finally, the cooperative and interference behavior of two inverters in different grid and flicker characteristics scenarios is studied and compared to the installation of one unique inverter with the same total apparent power capacity. This shows a promising future in flicker mitigation with the rise in decentralization of the MV grid. This study is performed using RMS values. For this purpose, the precision and time resources of different methods for RMS voltage generation are compared. Moreover, the flickermeter as described in IEC 6100-4-15, is adapted to have RMS voltage values instead of a sinusoidal wave as an input. Its limitations at measuring high frequency flicker levels, as a result of the different methods of generating RMS voltage, are also covered in this study.