An Algorithm for DC Segmentation of AC Power Systems to Mitigate Electromechanical Oscillations

Abstract

En las últimas décadas, diversos acontecimientos han puesto de manifiesto que las oscilaciones electromecánicas constituyen un grave problema para los grandes sistemas eléctricos interconectados de corriente alterna (CA). La segmentación en CC -un método que consiste en convertir las grandes redes de CA en un conjunto de grupos de CA asíncronos conectados por enlaces de corriente continua (CC)- es una solución prometedora para mitigar este y otros problemas. Sin embargo, hasta ahora no existe ningún procedimiento sistemático de segmentación para un sistema eléctrico de CA determinado. Este artículo pretende colmar esta laguna y propone un algoritmo de segmentación de CC para un sistema de alimentación de CA determinado con el fin de mitigar las oscilaciones electromecánicas. En esta propuesta, la segmentación de CC se implementa con enlaces de corriente continua de alta tensión basados en convertidores de fuente de tensión (VSC-HVDC). El algoritmo utiliza técnicas de estabilidad de pequeña señal y el concepto de caminos de oscilación inter-área dominantes para eliminar el modo inter-área principal del sistema de potencia. El algoritmo se explicará utilizando un sistema de prueba de seis generadores y después se utilizará en el sistema de prueba Nordic 44. El algoritmo propuesto para la segmentación de CC se ha validado mediante simulación no lineal en el dominio del tiempo y análisis de estabilidad de pequeña señal (SSSA).

In the last decades, various events have shown that electromechanical oscillations are a major concern for large interconnected Alternative Current (AC) power systems. DC segmentation - a method that consists in turning large AC grids into a set of asynchronous AC clusters linked by Direct Current (DC) links - is a promising solution to mitigate this and other issues. However, no systematic segmentation procedure for a given AC power system exists so far. This paper aims at filling this gap and proposes an algorithm for DC segmentation for a given AC power system to mitigate electromechanical oscillations. In this proposal, DC segmentation is implemented with High Voltage Direct Current links based on Voltage Source Converters (VSC-HVDC). The algorithm uses small-signal stability techniques and the concept of dominant inter-area oscillation paths to eliminate the main inter-area mode of the power system. The algorithm will be explained using a six-generator test system and will then be used on the Nordic 44 test system. The proposed algorithm for DC segmentation has been validated by means of non-linear time-domain simulation and small-signal stability analysis (SSSA).