Emulation of Complex Grid Scenarios by using Power Hardware In the Loop (PHIL) Techniques

Abstract

Los convertidores electrónicos de potencia se vienen utilizado cada vez más para la integración de diferentes tecnologías de generación en las redes eléctricas. Sin embargo, debido a sus lazos de control rápidos y condiciones de red no ideales, estos dispositivos son propensos a interactuar entre sí. Esto puede llevar a una operación inestable de la red con posibles resultados catastróficos. Para estudiar tales interacciones entre dispositivos antes de poner en marcha nuevas plantas de energía, se han utilizado cada vez más técnicas de power hardware in the loop (PHIL). Sin embargo, la emulación de escenarios de redes complejas no es sencilla y requiere un conocimiento profundo de las redes emuladas y del hardware y software dedicados. En este artículo se presenta la emulación de escenarios complejos de red en una plataforma PHIL. La metodología propuesta se puede utilizar para emular no solo la dinámica de los dispositivos de potencia sino también los niveles de control primario, secundario y terciario. Se describen cuatro escenarios complejos y se discute su implementación, con especial énfasis en los detalles prácticos que comúnmente no se explican en la literatura. Los resultados muestran que la dinámica de baja frecuencia de los generadores diesel, las microrredes, los sistemas eléctricos y las redes de energía local se pueden emular de manera efectiva en la plataforma PHIL. Todos los escenarios se validan experimentalmente.

In recent years, power electronic converters have been increasingly used for integration of different generation technologies to electricity networks. However, due to their fast control loops and non-ideal grid conditions, these devices are prone to interact with each other. This can lead to an unstable grid operation with possible catastrophic results. In order to study such interactions between devices before commissioning of new power plants, power hardware in the loop (PHIL) techniques have been increasingly used. However, emulation of complex grid scenarios is not straightforward and requires in-depth knowledge of the emulated grids and dedicated hardware and software. In this paper, the emulation of complex grid scenarios in a PHIL platform is presented. The proposed methodology can be used to emulate not only the dynamics of power devices but also the primary, secondary and tertiary control levels. Four complex scenarios are described and their implementation discussed, with special emphasis on practical details that are commonly not explained in the literature. Results show that the low-frequency dynamics of diesel generators, microgrids, electrical systems and local-power networks can be effectively emulated in the PHIL platform. All the scenarios are validated experimentally.