Wind Power in Power Systems

Esitys aiheesta: "Wind Power in Power Systems"— Esityksen transkriptio:

1 Wind Power in Power Systems
29. Aggregated modelling and short-term voltage stability of large wind farms (Kokonaisuuden mallintaminen ja lyhyen aikavälin jännitestabiilisuus suurilla tuulipuistoilla) 05/04/2019

2 Johdanto Kokonaisuuden mallintaminen suurilla tuulipuistoilla voidaan jakaa kahteen osaan: Ensimmäinen osa keskittyy yksityiskohtaiseen esitykseen tuuliturbiinien sähköntuotannosta, tuulipuiston sisäisestä verkosta ja sen kytkeytymisestä voimajärjestelmään. Toinen osa koskee suurien tuulipuistojen supistettua mallia, jotka on implementoitu yksityiskohtaiseen voimajärjestelmän malliin, jolla analysoidaan voimajärjestelmän stabiiliutta. 05/04/2019

3 Motivointi Kokonaisuuden mallintamista tarvitaan, kun halutaan vastata yhteen yleiseen kysymykseen: Onko olemassa riski keskinäiseen vuorovaikutukseen tuuliturbiinien välillä, kun kyseessä on suuri tuulipuisto. voi johtaa itsemagnetointiin ja pahimmillaan useiden yksiköiden irtikytkentään Tätä pelätään yleensä konverttereilla kytketyiden yksiköiden kohdalla. Kokonaisuuden mallintamista tarvitaan myös loistehon kompensoinnin suunnittelussa. Kokonaisuuden mallintamista voidaan käyttää myös ohjauksen koordinoinnin kehittämiseen ja valintaan tuuliturbiinien välillä. 05/04/2019

4 Tuulipuiston malli 05/04/2019

5 Tuulipuiston malli (oletukset)
Loisteho Tyypin A ja B ottavat loistehoa magnetointiinsa tuulipuiston sisäisestä verkosta tai kompensointikondensaattoreilta Tyypin C tuuliturbiinit magnetoidaan roottoripiiristä roottorikonvertterin avulla Loistehoa ei oteta verkosta Tyypin D tuuliturbiinit ovat kestomagnetoituja Vikatilanteet Oikosulkukapasiteetti tuulipuiston liityntäpisteessä on 1800 MVA Kaikki simuloidut viat ovat 3-vaiheisia oikosulkuja siirtoverkossa Vian kesto 150 ms Vian poistumisen jälkeen oikosulkukapasiteetti on 1000 MVA 05/04/2019

6 Vakionopeuksiset tuuliturbiinit (Type A2)
05/04/2019

7 Vakionopeuksiset tuuliturbiinit (Type A2)
Verkkoon lisätty 100 MVAr:n SVC 05/04/2019

8 Vakionopeuksiset tuuliturbiinit (Type A2), kompensoinnin vaikutus
Dynaamisen loistehon kompensoinnin tarve riippuu vakionopeuksisten tuuliturbiinien parametreista. Kompensoinnin tarve vähenee huomattavasti, jos: Staattorin resistanssia, staattorin reaktanssia, magnetointireaktanssia ja roottorin reaktanssia saadaan pienennettyä Roottorin reaktanssia kasvatetaan Mekaanista rakennetta vahvistetaan( turbiinin hitautta ja akselin jäykkyyttä) 05/04/2019

9 Vakionopeuksiset tuuliturbiinit (Type A2), stabilointi tehoaskelmalla
Tanskan ohjeiden mukaisesti suurten tuulipuistojen on tarvittaessa pystyttävä vähentämään tehoaan 20 prosenttiin nimellisestä kahdessa sekunnissa. Tehoaskelma on toimiva tapa aktiivisella sakkausssäädöllä varustetuissa vakionopeuksisissa tuuliturbiineissa. Tässä tapauksessa ei tarvita kompensointia. 05/04/2019

10 Muuttuvanopeuksiset tuuliturbiinit varustettuna DFIG:llä
Tuuliturbiinien täytyy toimia ilman keskeytystä, vaikka verkossa tapahtuisikin vika. Tällaisten vikojen aikana jännite putoaa, mikä puolestaan aiheuttaa transientteja koneessa ja verkon puoleisessa konvertterissa. Konvertterin suojaus seuraa virtoja roottoripiirissä ja verkon puoleisessa konvertterissa, DC linkin jännitettä, napajännitettä, verkkotaajuutta jne. Jos asetellut rajat ylitetään, konvertteri suljetaan, mikä voi johtaa tuuliturbiinin irtikytkentään. Luvussa esitellään (kuva 29.6) tuuliturbiinin selviytymistä viasta konvertterin nopean uudelleenkäynnistymisen ansiosta. 05/04/2019

11 Muuttuvanopeuksiset tuuliturbiinit varustettuna DFIG:llä
05/04/2019

12 Suuren tuulipuiston vaste
Yksi suurimmista huolista tuulipuistoissa on riski keskinäiseen vuorovaikutukseen konvertterien ohjausjärjestelmien kesken, kun puistossa on suuri määrä tyypin C tuuliturbiineja. Seuraavissa tilanteissa huoli tästä kasvaa: (a) fast-acting partial-load frequency converters of the DFIG tai (b), kun suuri määrä roottorikonverttereita suljetaan tai ne ovat käynnistymässä. Tarkoituksenmukaisesti säädetyt konvertterit eivät aiheuta haitallisia vorovaikutuksia. 05/04/2019

13 Suuren tuulipuiston vaste
05/04/2019

14 Muuttuvanopeuksiset tuuliturbiinit kestomagnetoiduilla generaattoreilla
05/04/2019

15 Suuren tuulipuiston vaste
Yksi suurimmista huolista tuulipuistoissa on riski keskinäiseen vuorovaikutukseen konvertterien ohjausjärjestelmien kesken, kun puistossa on suuri määrä tyypin C tuuliturbiineja. Seuraavissa tilanteissa huoli tästä kasvaa: (a) fast-acting partial-load frequency converters of the DFIG tai (b), kun suuri määrä roottorikonverttereita suljetaan tai ne ovat käynnistymässä. Tarkoituksenmukaisesti säädetyt konvertterit eivät aiheuta haitallisia vorovaikutuksia. 05/04/2019

16 Yhden koneen ekvivalentti
Tuuliturbiinin simuloitu käyttäytyminen nimellisessä toimintapisteessä on edustava kollektiiviselle vasteelle, kun kyseessä on suuri tuulipuisto, joka toimii nimellisillä arvoilla. Tässä tapauksessa suuri tuulipuisto voidaan mallintaa jännitestabiilisuustarkasteluissa yhden koneen ekvivalentilla. Oletukset on esitetty seuraavaksi: Yhden koneen ekvivalentin tehokapasiteetti on summa tuulipuiston tuuliturbiinien tehoista. Yhden koneen ekvivalentin tehon tuotanto on summa tuulipuiston tuuliturbiinien tuottamista tehoista. Yhden koneen ekvivalentin loisteho liityntäpisteessä on nolla. Potentiaalienergian kasautumisen mekanismi akseleissa vian aikana on otettava huomioon tyypin A ja B tuuliturbiineilla. Tyypin C tuuliturbiineilla edellä mainittua akselin kiertymistä ei tarvitse ottaa huomioon. Riski keskinäisestä vuorovaikutuksesta eliminoidaan tehokkaalla konvertterien ohjauksen säädöllä tyypin C ja D tuuliturbiinien tapauksessa. Samanlainen kommentti voidaan antaa tyypin D tuuliturbiineille, paitsi erikoistilanteissa. 05/04/2019