Existing models describing the dynamic behavior of a six-pulse rectifier during a short-circuit fault condition are derived from switch models using time-domain average value parametric functions. Unlike these models, novel non-parametric dynamic models have been developed using analytical average-value modeling approach in this work. In this modeling approach, depending upon the number of switches conducting during a switching cycle, the operating point of the rectifier is brought into one of three modes of operation of a six-pulse rectifier. The model for each mode is represented by a differential equation. During output current calculation for the rectifier the operating model is selected based on firing angle and overlap angle functions derived in this paper. They completely characterize the dynamic behavior of current flowing through the dc inductor for a wide range of operating conditions with the exception of harmonics and asymmetrical currents which are dominant for faults occurring at the terminals of the rectifier upstream of the smoothing inductor. The results from the average value model and few other simple models have been applied for Thevenin ac source and synchronous generator supplied rectifier models to determine the characteristics of short circuit current from the rectifier. / text

No description available.

The sustainable future in our already electrified world includes solar power generation, battery storage, and electric vehicles all which requires DC systems. DC breakers play a key role in operation and protection within the DC system. Current interruption in DC systems is more challenging than in AC systems due to the absence of natural zero crossing. Some existing interruption techniques are current injection, the use of semiconductors, and arc voltage increase. This thesis project investigates how ventilation geometry, radius, and current level affect the pressure and counterforce in a cylindrical design of a current interruption device based on arc squeezing technology that uses polymer ablation to increase the arc voltage. The purpose is to collect useful data for future product development in this relatively new technology area. The project consists of a pre-study about arc interruption, polymer ablation, and test circuit theory, the test object design phase, the experiments, and this report. The results experiments show that ventilation at the center of the cylindrical arc chamber reduces the pressure by three times compare to a non-ventilated center at the highest test current level. The radius variations did not affect the pressure, it was however seen that the thicker tube, with a higher mass, had a lower initial speed and a slightly higher counterforce. The pressure measurement implemented in the design allow for an additional quantity to analyze in relation to the previously available quantities. Further testing with other design parameter variations such as the length of the stroke, or size of the ventilation holes is the next step for future work. / Dagens samhälle strävar mot en hållbar framtid där elektrifiering är en stor del. Redan idag finns lösningar så som förnybara energikällor till exempel solenergi, smarta energilagringslösningar bland annat batterilager och elbilar. Fler och fler av dessa system är baserade på likström. Oavsett system är säkerhet, pålitlighet och manövrering av högsta prioritet. Systemen kräver strömbrytare som är säkra och effektiva. Likström är svårare att bryta jämfört med växelström som majoriteten av dagens apparater och system använder. Anledningen är att likströmmen saknar den naturliga nollgenomgången som växelströmmen har. Nollgenomgången måste skapas aktivt genom att exempelvis injicera ström, använda halvledare eller öka ljusbågsspänningen. Det här examensarbetet täcker en parameterstudie av hur ventilationsgeometrin och radien påverkar trycket och motkraften i en cylinderformad strömbrytare som använder sig av ljusbågssläckning skapad av ablerande polymermaterial som ökar ljusbågsspänningen. Syftet med studien är att samla in användbar data för framtida produktutveckling inom denna relativt nya brytningsteknik. Examensarbetet består av en förstudie om ljusbågsbrytning, polymerablation and provkretsteori, en designfas, en serie experiment och slutligen denna rapport. Resultaten från experimenten visar att ventilation av ljusbågskammarens centrum minskar trycket som byggs upp emellan kammaren och tuben. För den högsta testströmnivån är skillnaden tre gånger så högt tryck för ett oventilerat centrum jämfört med ett ventilerat centrum. Radien, och därmed tjockleken av tuben, har ingen tydlig påverkan på tryckuppbyggnaden i ljusbågskammaren. Däremot påverkar tjockleken vikten av tuben som i sin tur påverkar hastigheten tuben förs in i kammaren med. En tjockare tub har en lägre initial hastighet och även en något högre motkraft. Den implementerade tryckmätningen öppnar upp för ytterligare en mätstorhet att analysera och relatera till övriga tidigare mätta storheter. Framtida studier inom området är att variera andra parametrar så som tubens slaglängd and storleken på ventilationshålen.

Les réseaux de transport d’électricité multi-terminaux à courant continu se révèlent être la solution adéquate pour une intégration massive d’énergie renouvelable dans les réseaux alternatifs existants. En effet, les réseaux en courant continu sont capables de transmettre de manière efficace des niveaux de puissance élevés sur de très longues distances par rapport aux réseaux alternatifs car, à partir d'une certaine puissance à transmettre, il existe une distance limite à partir de laquelle la transmission d’énergie en courant alternatif perd sa compétitivité face à la transmission en courant continu. L'un des principaux défis liés au développement de ces réseaux de transport d’électricité à courant continu ou Supergrid, concerne leur protection contre des défauts de type court-circuit sur des liaisons en courant continu. . Dans ce travail de thèse, un nouveau concept de stratégie de protection des réseaux en courant continu à haute tension en cas de défaut court-circuit est proposé. La stratégie repose sur une philosophie de protection ayant comme priorité la suppression du courant de défaut avant l’isolation de la liaison en défaut. Elle est basée sur l’utilisation de disjoncteurs mécaniques à courant continu sans avoir recours à des limiteurs de courant de défaut. Une séquence de protection primaire ainsi que deux séquences de sauvegarde en cas de défaillance de disjoncteurs ont été développées, testées et validées à l’aide de simulations de transitoires électromagnétiques et de simulations temps-réel. En outre, les algorithmes des relais de protection ont été implémentés avec l'aide de l’outil d’analyse fonctionnelle descendante SADT (Structured Analysis and Design System). Cette thèse a été effectuée dans le cadre du SuperGrid Institute, une plate-forme de recherche collaborative visant à développer des technologies pour les futurs réseaux de transport d'électricité et regroupant l'expertise d'industries telles que GE Grid Solutions et les laboratoires de recherche publique comme le laboratoire de génie électrique de Grenoble (G2Elab). / Multi-terminal High Voltage Direct Current (MTDC) grids,have been proven to be an adequate solution for massive integration of renewable energy power to existing High Voltage Alternating Current (HVAC) grids. Indeed, HVDC grids are capable of transmitting efficiently high level of power over very long distances compared to HVAC grids since, from a certain power to be transmitted, there is a limited distance from which the AC power transmission loses its efficiency and becomes very costly compared to DC power transmission. One of the main challenges related to the development of theses multi-terminal HVDC grids, or Supergrids, concerns their protection against DC short-circuit faults. In this thesis, a new concept of protection strategy for MTDC grids in case of permanent short-circuit fault on a DC cable has been proposed. The strategy is based on the non-selective fault clearing philosophy where the priority is given to the suppression of the fault current before isolating the faulty transmission line. The strategy is based on mechanical DC breakers and no fault current limiting devices are used. A primary protection sequence as well as two back-up sequences in case of breakers operation failure have been developed, tested and validated through Electromagnetic Transient (EMT) and Real-Time (RT) simulations. Also, algorithms to be implemented on protective relays have been designed with the help of the Structured Analysis and Design System (SADT). This PhD thesis has been performed in the frame of the SuperGrid Institute, a collaborative research platform aiming to develop technologies for the future electricity transmission network and bringing together the expertise of industries such as GE grid solutions and public research laboratories as the Grenoble Electrical Engineering Laboratory (G2Elab).

No description available.

In the search for green energy to combat climatechange, a shift from conventional energy sources such as coal,oil, and nuclear towards Renewable Energy Sources (RES) isneeded. This shift poses a threat to the stability of the powergrids as RES do not contribute with rotating mass in the system.A lack of rotating mass, or in other words inertia, jeopardizesthe ability of power systems to counteract large disturbances.Frequency Containment Reserves (FCR) units are responsiblefor controlling the frequency in power systems by regulatingthe balance between the generated and consumed power. If thefrequency deviates outside of the defined range from the nominalvalue, it can lead to system separation, blackouts, and systemequipment damage. The frequency deviations are faster in lowinertia systems, making it more difficult for FCR to keep thefrequency within accepted ranges. Hydro turbines are often usedas FCR units, but additional means of support could be neededfor low inertia systems. Viable support could be battery systems.This project investigates the change towards low inertia and thepossible implementation of a battery system as fast step-wisepower support with a frequency trigger. The investigation is donethrough case studies of simulated system models in Matlab andSimulink. / I jakten på grön energi för att bekämpa klimatförändringarna behövs en övergång från konventionella energikällor som kol, olja och kärnkraft mot förnyelsebara energikällor. Denna övergång utgör ett hot mot kraftnätens stabilitet då förnyelsebara energikällor inte bidrar med roterande massa. Brist på roterande massa eller med andra ord tröghet äventyrar kraftsystemens förmåga att motverka stora störningar. Frequency Containment Reserves (FCR) är system som aktivt arbetar med att styra frekvensen i kraftsystemet genom att reglera balansen mellan den producerade och konsumerade effekten. Om detta misslyckas och frekvensen avviker för mycket från den nominella frekvensen kan detta leda till systemseparation, strömavbrott eller skada hos systemkomponenter. I ett system med låg tröghet blir frekvensavvikelserna snabbare. Detta gör det svårare att använda sig av FCR för att hålla frekvensen inom accepterade intervall. Vattenkraftverk används ofta som FCR enheter, men för system med låg tröghet kan ytterliggare stöd behövas. Ett möjligt effektstöd kan vara batterisystem. Detta projekt undersöker förändringen till lägre tröghet i ett kraftsystem och möjlig implementering av ett batterisystem med ett snabbt stegsvar för effektstöd, vilket aktiveras vid en förbestämd frekvens. Undersökningen görs genom studier av specifika fall med en linjäriserad modell av ett kraftsystemet, lerade i Matlab och Simulink. / Kandidatexjobb i elektroteknik 2021, KTH, Stockholm