The aim of this project is to analyze how increasing the share of converter-based power production in a power system affects the small signal stability. The project also aims to stabilize systems using Power System Stabilizers (PSSs), and examine the effect of two different types of power electronic converters: grid following (GFL) and grid forming (GFM). To do this, a short-circuit fault is simulated in a two-area four-machine power system using DIgSILENT PowerFactory. The project examines how replacing one of the synchronous machines with a converterbased power source affects the system’s stability. Modal analysis is used to assess the small signal stability, as well as to tune the PSS. In the project PSSs are successfully used to stabilize systems, both with and without converter-based power production. The study also finds that implementing power production using GFL worsens the small signal stability while GFM improves it. / Syftet med det här projektet är att analysera hur den ökande andelen converter baserad elproduktion påverkar small signal stability i ett elkraftsystem. Projektets syft är också att stabilisera system med Power System Stabilizers (PSSs), och undersöka påverkan av två typer av effektelektronik: grid following converter (GFL) och gird forming converter (GFM). Det görs genom att simulera ett kortslutningsfel i ett elkraftsystem med DIgSILENT PowerFactory. I projektet undersöks hur systemets stabilitet påverkas av att ersätta en synkrongenerator med effektelektronik-kopplad elproduktion. Egenvärdesanalys används för att undersöka small signal stability och implementera PSS. I projektet lyckas stabiliseringen med PSS för både systemet med och utan effektelektronik-kopplade energikällor. Studien visar också att genom implementeringen av energikällor med sämras stabiliteten, medan GFM förbättrar den. / Kandidatexjobb i elektroteknik 2022, KTH, Stockholm

In this report, the effect that a higher penetration ofrenewable energy sources has on electric power grid stability isevaluated. The report also compares different methods of stabilizingan unstable grid. The model used is a two-area four-machinesystem and the main objective is to stabilize the synchronousgenerators such that they revert back to synchronism afterbeing subjugated to a small signal disturbance. The stabilizationmethods consists of supplementary Power System Stabilizers(PSSs) complementing the exciter systems of the synchronousmachines, as well as two types of converter-based controllers inthe renewable energy source: Grid-Following (GFL) convertersand Grid-Forming (GFM) converters. The results show thata system with renewable energy sources is more sensitive todisturbances and has a larger rotor angle deviation from a steadystate when using only GFLs compared to the conventional gridwithout PSSs. It is also found that a conventional grid requiressupplementary PSSs to be stable. This is also the case for asystem with renewable energy controlled by GFL. The systemwith GFM controllers does however not need supplementary PSSto be stable. This leads to the conclusion that GFM is morepreferable than GFL to control a grid with a higher penetrationof renewable energy. / I denna rapport utvärderas hur en högre andel förnybara energikällor påverkar stabiliteten i elnät, och jämför också olika metoder för att stabilisera ett instabilt nät. Modellen som används var ett två-områdes-fyrmaskinsystem och huvudsyftet är att stabilisera synkrongeneratorerna så att de återgår till synkronism efter att ha utsatts för en liten småsignalsstörning. Stabiliseringsmetoderna består av kompletterande Power System Stabilizers (PSS:er) som kompletterade exciteringssystemen i synkronmaskinerna, samt två typer av omvandlarbaserade styrenheter i den förnybara energikällan: Grid-Following (GFL)-omvandlare och Grid-Forming (GFM)omvandlare. Resultaten visar att ett system med förnybara energikällor är mer känsligt för störningar och har en större rotorvinkelavvikelse från ett stationärt tillstånd när GFL-kontroller används jämfört med det konventionella nätet utan PSS:er. Det visar sig också att ett konventionellt nät kräver kompletterande PSS:er för att vara stabilt. Detta är också fallet för ett system med förnybar energi som enbart kontrolleras av GFL-omvandlare. Systemet med GFM-omvandlare behöver dock inte kompletterande PSS för att vara stabilt. Detta leder till slutsatsen att GFM är mer att föredra än GFL för att kontrollera ett nät med högre andel förnybar energi. / Kandidatexjobb i elektroteknik 2022, KTH, Stockholm