Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
New Topology for STATCOM
KTH, School of Electrical Engineering (EES), Electric Power and Energy Systems.
2017 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Ny topologi för STATCOM (Swedish)
Abstract [en]

Static compensators (STATCOM) based on high-power converters are widely used for utilitiesand industrial applications in order to enhance the power system reliability. Nowadays,the Chain-Link Modular Multilevel Converter is the best solution for such applications,providing high eciency and reliability, and good harmonic performance. However, thecurrent delta and wye congurations present diculties in controlling negative sequencein unbalanced networks, as well as high capacitance requirements, which results in bulkySTATCOMs.This thesis aims to analyse a new Chain-Link Modular Multilevel Converter for STATCOMapplications. The main feature of the proposed topology is the presence of a commondc-link that will allow the exchange of energy between phases, facilitating the compensationof negative sequence components. Consequently, the required zero sequence componentinjection for the current Chain-Link congurations are avoided, and thus, also theconsequent over-sizing of the converter. Moreover, it is expected to have lower capacitancerequirements, because of the elimination of the second order harmonic (100 Hz)component in most of the capacitors, as they are charged and discharged by a bi-phasecurrent instead of a single-phase one. Additionally, lower conduction losses are expectedby reducing the number of devices in the conduction path.The layout and operation of the new converter have been analysed in this thesis.A STATCOM Simulink model provided by ABB has been modied to satisfy the newtopology. The theoretical benets of the proposed converter are supported by dierentsimulations carried out in Matlab-Simulink. In particular, it is shown a 50 % of negativesequence capability without any zero sequence component injection. The total capacitanceof the converter can be reduced a 30 % in comparison with the delta Chain-LinkModular Multilevel Converter, which is the preferable topology in the market nowadays.Furthermore, the losses are kept quite low if SiC semiconductors are used.On the other hand, the proposed topology requires the usage of bi-directional switchesto do the commutation and allow the exchange of energy between phases. An in-depthanalysis of the commutation process is shown at the end of this thesis, concluding that BidirectionalControlled Thyristors would be a promising solution for this converter topology.

Abstract [sv]

Reaktiv effektkompensering (STATCOM) baserade på högeffektomvandlare används vidaför samhällsservice och industriella användningar för att förbättra elsystemet pålitliga.Nuförtiden, Chain-Link Modular Multilevel Converter är den bästa lösningen för sådanaanvändningar, vilket ger hög verkningsgrad och mycket pålitliga, samt låg harmonisk distortion.Hursomhelst, den nuvarande delta och wye konfigurationer presentera svårigheteratt kontrollera negativ sekvens i obalanserade nätverk, vilket leder till överdimensioneringav omvandlaren. Vidare, dessa Chain-Link topologier har hög kapacitans kraven, vilketresulterar i skrymmande STATCOMs.Den här avhandlingen syftar till att analysera en ny Chain-Link Modular MultilevelConverter för STATCOM användningar. Det viktigaste kännetecken av den föreslagnatopologi är närvaron av en gemensam likspänningslänk som gör det möjligt utbytet avenergi mellan faserna, som underlättar ersättning av negativ sekvens komponenter. Pådetta sätt, den behövlig noll sekvens komponent injektion i de aktuella konfigurationernaundviks, och således, också den därav följande överdimensioneringen av omvandlaren.Dessutom, förväntas det att ha lägre kapacitans kraven, eftersom den första övertonens(100 Hz) komponent undviks i några av kondensatorerna, såsom de är laddas och urladdasav en bi-fas ström i stället för en enda-fas ett. Vidare, lägre ledningsförluster förväntasgenom att reducera antalet enheter i ledningsvågen.Layouten och drift av den nya omvandlaren beskrivs i denna avhandling. En Simulinkmodell från ABB har modifierats för att tillfredsställa den nya topologin. De teoretiskafördelarna med det föreslagna omvandlare topologi stöds av simuleringsresultat i Matlab-Simulink. I synnerhet, är det visas en 50 % av negativ sekvens kapacitet utan noll sekvenskomponent injektion. Den totala kapacitansen hos omvandlaren kan minskas på ett 30 %jämfört med den delta Chain-Link Modular Multilevel Converter, som är den föredragnatopologin på marknaden idag. Vidare är förlusterna hålls ganska låg om SiC halvledareanvänds.Å andra sidan, kräver den föreslagna topologi användningen av dubbelriktade omkopplareatt göra kommuteringen och möjliggöra utbytet av energi mellan faserna. Enfördjupad analys av kommuteringsförloppet visas i slutet av denna avhandling, slutsatsenatt Bi-directional Controlled Tyristors skulle vara en lovande lösning för topologin.

Place, publisher, year, edition, pages
2017.
Series
TRITA-EE, ISSN 1653-5146 ; 2017:035
Keywords [en]
STATCOM, Modular Multilevel Converter, Chain-Link, negative sequence capability, common dc-link, bi-directional switches
National Category
Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-209488OAI: oai:DiVA.org:kth-209488DiVA, id: diva2:1112538
External cooperation
ABB
Educational program
Master of Science in Engineering - Electrical Engineering
Supervisors
Examiners
Available from: 2017-06-26 Created: 2017-06-20 Last updated: 2017-06-26Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(5009 kB)232 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 5009 kBChecksum SHA-512
f4cc29fe6de131510e7d490c13890ed1b9406bb70bca0d961e1c67bcbf5499f3c9fcaaa3dbab03fff4f6a7b71a7c2dea50a95c0e36f479d9520d97f9bc18eff1
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Electric Power and Energy Systems
Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 232 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 194 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf