On Inherent Redundancy of MMC-Based STATCOMs in the Overmodulation Region

doi:10.60692/qxdse-k8s75

Published June 1, 2020 | Version v1

Publication Open

On Inherent Redundancy of MMC-Based STATCOMs in the Overmodulation Region

1. Universidade Federal de Minas Gerais
2. Federal Center for Technological Education of Minas Gerais
3. Universidade Federal de Viçosa
4. Aalborg University

Modular multilevel converters (MMCs) are frequently featured to their modular structure, which results in fault-tolerant operation and easy redundancy realization. Nevertheless, in order to reach a given redundancy factor, more cells must be included in the converter, which directly affects the costs. This paper discusses the inherent redundancy of a modular multilevel converter (MMC) based static synchronous compensator (STATCOM) operating in the overmodulation region. Analytical expressions for the limits of the converter linear region were developed in order to define the minimum required dc-link voltage. Moreover, sensitivity analyses were implemented in order to show the effects of grid voltage variations, different output impedances, power factor and injected currents. The results indicated that the operation in overmodulation region has significant inherent redundancy. For a MMC based STATCOM with 26 cells, the converter can ride through 4 failures per arm without significantly increasing the output THD or reducing the injected current into the grid.

Translated Descriptions

This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

غالبًا ما تظهر المحولات المعيارية متعددة المستويات (MMCs) في هيكلها المعياري، مما يؤدي إلى تشغيل متسامح مع الأخطاء وتحقيق التكرار السهل. ومع ذلك، من أجل الوصول إلى عامل تكرار معين، يجب تضمين المزيد من الخلايا في المحول، مما يؤثر بشكل مباشر على التكاليف. تناقش هذه الورقة التكرار المتأصل في المعادل المتزامن الثابت القائم على المحول متعدد المستويات المعياري (STATCOM) الذي يعمل في منطقة التشكيل الزائد. تم تطوير التعبيرات التحليلية لحدود المنطقة الخطية للمحول من أجل تحديد الحد الأدنى المطلوب لجهد وصلة التيار المستمر. علاوة على ذلك، تم تنفيذ تحليلات الحساسية من أجل إظهار تأثيرات تغيرات جهد الشبكة، ومعاوقات الإخراج المختلفة، وعامل القدرة والتيارات المحقونة. أشارت النتائج إلى أن العملية في منطقة فرط التشكيل لها تكرار متأصل كبير. بالنسبة لـ STATCOM القائم على MMC مع 26 خلية، يمكن للمحول المرور عبر 4 حالات فشل لكل ذراع دون زيادة كبيرة في خرج THD أو تقليل التيار المحقون في الشبكة.

Translated Description (French)

Les convertisseurs multiniveaux modulaires (MMC) sont souvent caractérisés par leur structure modulaire, ce qui entraîne un fonctionnement tolérant aux pannes et une réalisation facile de la redondance. Néanmoins, pour atteindre un facteur de redondance donné, plus de cellules doivent être incluses dans le convertisseur, ce qui affecte directement les coûts. Cet article traite de la redondance inhérente d'un compensateur synchrone statique (STATCOM) basé sur un convertisseur multi-niveaux modulaire (MMC) fonctionnant dans la région de surmodulation. Des expressions analytiques pour les limites de la région linéaire du convertisseur ont été développées afin de définir la tension de liaison continue minimale requise. De plus, des analyses de sensibilité ont été mises en œuvre afin de montrer les effets des variations de tension du réseau, des différentes impédances de sortie, du facteur de puissance et des courants injectés. Les résultats ont indiqué que l'opération dans la région de surmodulation a une redondance inhérente importante. Pour un STATCOM basé sur MMC avec 26 cellules, le convertisseur peut supporter 4 défaillances par bras sans augmenter de manière significative le THD de sortie ou réduire le courant injecté dans le réseau.

Translated Description (Spanish)

Los convertidores modulares multinivel (MMC) se caracterizan con frecuencia por su estructura modular, lo que da como resultado un funcionamiento tolerante a fallos y una fácil realización de redundancia. Sin embargo, para alcanzar un factor de redundancia dado, se deben incluir más celdas en el convertidor, lo que afecta directamente a los costes. Este documento analiza la redundancia inherente de un compensador síncrono estático (STATCOM) basado en un convertidor modular multinivel (MMC) que opera en la región de sobremodulación. Se desarrollaron expresiones analíticas para los límites de la región lineal del convertidor con el fin de definir la tensión mínima requerida del enlace de CC. Además, se implementaron análisis de sensibilidad para mostrar los efectos de las variaciones de voltaje de la red, las diferentes impedancias de salida, el factor de potencia y las corrientes inyectadas. Los resultados indicaron que la operación en la región de sobremodulación tiene una redundancia inherente significativa. Para un STATCOM basado en MMC con 26 celdas, el convertidor puede atravesar 4 fallas por brazo sin aumentar significativamente la ThD de salida o reducir la corriente inyectada en la red.

Files