Project

Stability Assessment; Hybrid Distribution Grids; Communication; Validation Approaches; Time-Domain Modeling; Synchronization

Lead
Le projet est focalisé sur le développement de méthodes pour la quantification formelle de la stabilité d'un réseau électrique ou les différentes resources énergétiques (generation renouvelable et traditionnelle, systèmes de stockage et charges) sont connectés avec interfaces réalisées par des convertisseurs électriques, donc, en absence de masses tournantes.
Lay summary
La présence d’une importante production d’énergie électrique par des systèmes de conversion solaires et éoliens décentralisés est une perspective réjouissante pour le futur de la planète. Cependant, elle peut aussi poser des problèmes nouveaux pour l’exploitation des réseaux électriques. Les méthodes traditionnelles de contrôle de la fréquence, tension et congestion de lignes ne suffisent plus et demandent à être complétées par des contrôles explicites. Un défi majeur est de rendre un tel contrôle fiable par rapport à la stabilité du réseau. Dans ce contexte, le projet est focalisé sur le développement de méthodes pour la quantification formelle de la stabilité d'un réseau électrique ou les différentes resources énergétiques (generation, stockage et charge) sont connectés avec interfaces réalisées par des convertisseurs électriques, donc, en absence de masses tournantes. Le projet est développé dans le contexte du programme de recherche "Lead Agency" entre le FNS et la DFG (Allemagne). En particulier, le projet est basé sur une collaboration entre le Laboratoire des Systèmes Electriques Distribués de l'EPFL et le Laboratoire d'Electronique de Puissance du Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Allemagne.

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Last update: 20.07.2017

Number	Title	Start	Funding scheme

Hybrid grids, which incorporate both AC and DC technologies, use power electronics converters to interface distributed energy resources, energy storage systems, and modern types of loads (such as EV charging stations) with high or medium voltage AC or DC grids. Such grid-connected converters rely on control algorithms and synchronization systems, and (as of late) on commu-nication infrastructures, with the aim of providing smart grid functionalities. It has been demonstrated that the widespread use of grid-connected converters may lead to a scenario where the grid is largely decreasing its inertia. If a network features a lack of inertia as well as a topology and line characteristics that result in operation close to voltage collapse, it is classified as weak. In a weak network, the stability of the system is a major concern. This project focuses on stability issues in weak microgrids. Currently, there are no quantitative methods that would allow assessing the stability margin as a function of the system topology, the system state, and the primary control laws. In particular, the influence of the synchronization elements and the communication infrastructure on the stability has not been well investigated in the existing lit-erature, although it has been demonstrated that they do indeed have an impact. Due to the general lack of investigations in this field, adequate models to describing such effects as well as standardized approaches for thoroughly validating such models are currently missing. This pro-ject aims at filling these major gaps in the existing works by developing a general framework for investigating stability issues in hybrid grids. To start with, formal methods for quantifying the static and dynamic stability margin of hybrid grids, while taking into account the effects of syn-chronization and communication, shall be elaborated. Such methods are an enabling factor for real-time stability assessment and the design of robust controllers. Moreover, a benchmark li-brary of accurate time-domain models of hybrid distribution grids shall be developed. In doing so, special attention will be given to modeling the finite bandwidth of synchronization elements and the finite latency communication network. Finally, a thorough validation of the developed stability assessment tools and time-domain models shall be conducted using a combination of power-hardware-in-the-loop and real-scale microgrid experiments. Thereby, close-to-reality experimental conditions can be achieved while ensuring a minimum level of approximation. This framework is expected to grant deeper insights into the stability issues encountered in hy-brid distribution grids, and how they can be modeled and detected.