PSO-projekt Spændingsforhold i mellemspændingsnettet i moderne vindmølleparker

Transkript

1 Fællesmøde - Den danske SmartGrids gruppe - Følgegruppe for Styring & Regulering PSO-projekt Spændingsforhold i mellemspændingsnettet i moderne vindmølleparker DELTA. aug. 7

2 Projektdeltagere DONG Energy (E) Troels Sørensen Vattenfall Torben Olsen Risø-VEA Poul Sørensen DELTA (Projektleder) Jørgen Mygind, Leif Christensen

3 Baggrund for projektet: Modellering og projektering af kabelnet og komponenter på mellemspændingsniveau til vindmølleparker foregår i dag ud fra modeller og teorier, som muligvis ikke i tilstrækkelig grad tager højde for kritiske fænomener som flikker, harmonisk forvrængning og højfrekvente transienter.

4 Overordnet projektformål: Formålet med projektet er gennem praktiske målinger, at dokumentere de konkrete spændingsforhold i mellemspændingsnettet, der i dag eksisterer i moderne vindmølleparker. De praktiske målinger skal dels anvendes til verificering af eksisterende modeller dels give muligheder for forbedring af modellerne og eventuel revision af standardiseringen på området.

5 Projektets formål - fortsat Individuelle vindmøllers indvirkning på spændingen afhængig af typen af vindmølle (traditionel asynkron generator, dobbeltfødet generator, fuldkonverter generator). Aggregerede effekter mht. spændingskvalitetsparametre afhængig af antallet af møller og konfigurationen af mellemspændingsnettet. Transiente forløb og deres påvirkning på udsatte komponenter i systemet ved ind- og, udkobling af individuelle vindmøller (henholdsvis LV- og MV-siden), indog udkobling af radialer med flere møller og ved kobling med trinkobler.

6 Projektplan. Projektbeskrivelse. Udvikling af metode og måleværktøj 3. Måleprogram 4. Analyse 5. Verificering af modeller 6. Formidling og rapportering Start:. feb. 6 Slut:. feb. 8

7 Projektstatus Fase : Udvikling af Måleværktøj og metode - afsluttet. - 3 stk. MHz powerlab synkroniseret med us. - Strømprober: 5 Hz til 3 MHz - Spændingsprober: Hz til MHz - HV kapacitiv sensor Fase 3 & 4: Måleprogram og Analyse - igangværende - NHP målekampagne med 44 khz samplefrekvens udført og analyseret. - NHP målekampagne med.5 MHz samplefrekvens udført og delvist analyseret. Fase 5: Verificering af modeller igangværende - I fuld gang NHP måledata. Fase 6: Formidling og rapportering - igangværende - IEEE: Paper - EWEC 7: Paper/Poster - Følgegruppemøde den. maj

8 Videre plan Fase 3 & 4: Måleprogram og Analyse - Målekampagne Horns Rev afsluttes primo sept. 7 - Målekampagne 3 Burbo (Fuldconverter) Okt. 7 - Rapportering Fase 5: Verificering af modeller - Fortsat sammenligning mellem måleresultater og simuleringer - HF og LF data. - Forbedring af modeller - Rapportering Fase 6: Formidling og rapportering - EOW 7 - NWPC 7 - EWEC 8 - Følgegruppemøde - Rapportering

9 PSO projektets målesystemer powerlab optimeret til.5 MHz sampling frekvens

10 Standarden for spændingskvalitet - Baggrund IEC 64- Wind turbine generator systems Part : Measurement and assessment of power quality characteristics of grid connected wind turbines Indhold: Wind turbine power quality characteristic parameters Measurement procedures Assessment of power quality

11 powerlab - opbygning Measuring Head Unit (MHU) Data Storage PC DELTA De eksterne harddiske er hver på Tb HDD HDD FIREWIRE Data Acquisition NI DAQ NI DAQ DI NI DAQ kortet, som måler de 8 stk. 44, khz kanaler, har antialiasing filter onboard, som skærer af ved den halve samplingsfrekvens. A/D A/D Ekstra kanaler, som kan anvendes til andre målinger samtidigt med Power Quality -målingen Two 44, khz analog input Fifteen 5 Hz analog input Six 5 Hz digital input Signal Conditioning Unit (SCU) Wind speed Status of WTG Voltage signals Current probes

12 powerlab - Hvad kan analyseres? IEC 64- Wind turbine generator systems Part : Measurement and assessment of power quality characteristics of grid connected wind turbines? P, maksimum effekt målt over, s P 6, maksimum effekt målt over 6 s Q, reaktiveffekt som funktion af effekten Harmoniske overtoner af strømmen -. til 5. THD på strømmen ved brug af den nominelle strøm Flicker kontinuerlig drift Flicker ved indkobling af generatoren og skift mellem trin på generatoren.

13 Målesystemet transienter- Krav Både størrelsen, fronttiden og udbredelsestiden for bølger i nettet er vigtige. Antallet af kanaler: 3 spændinger og 3 strømme Båndbredde: Op til MHz -> en samplingsfrekvens på.5 MHz valgt Måleområde: Op til 8 kv amplitudeværdi valgt Synkronisering: Indenfor sample -> 4 ns Målesekvens: Op til 5 minutter Data adgang: Hurtig adgang til data

14 Målesystemet- Opbygning Skal bygges på den eksisterende powerlab hardware! Windows XP og LabView NI dataopsamlingskort 8 kanaler, simultant sampling og op til.5 MHz samplingsfrekvens Data format valgt til LabView 8. s nye TDMS format -> opgradering af programmerings software Lager: Ekstern firewire harddisk Synkronisering via GPS med et MHz signal og et puls pr. sekund Kapacitiv spændingsmåling ved brug af standard T-stik med kapacitivt udtag og DELTA udviklet forstærker.

15 Spændingssensor Test Frekvens karatestik: Lineær fra Hz til MHz indenfor db Spændingslinearitet: Lineær fra Vrms til kvrms indenfor % ved konstant temperatur

16 Måleresultater fra Nysted Havmølle Park Spændingskvalitets målinger og transienter

17 Resultater Spændingskvalitet enkelt mølle Aktiv og reaktiv effekt: 5 5 P [kw] Q [kkvar] Pmn [kw] Qmin [kva] Windspeed [m/s]

18 Resultater Spændingskvalitet enkelt mølle Harmonisk strøm i % af nominel strøm:.%.8%.6%.4% Harmonic current [Arms].%.%.8%.6%.4%.%.% Order

19 Resultater Spændingskvalitet enkelt mølle Flickerkoefficienter: Network Impedance Phase Angle, Ψ k [ ] Annual Average Wind Speed, v a [m/s] Flicker coefficient, c(ψ k, v a ) C(85 ) Wind speed [m/s]

20 Resultater Spændingskvalitet transformerplatformen Spændingsflicker:.9.8 Pst ph Pst ph Pst ph3.7.6 Pst sep :: 8-sep :: 3-sep :: -okt :: 4-okt :: 6-okt :: 8-okt :: Date and time

21 Resultater Spændingskvalitet transformerplatformen.% Harmoniske på spændingen:.8% Max harmonic ph Max harmonic current A.6%.4%.% [% of rated].%.8%.6%.4%.%.% Harmonic order 5 og 7, og 3, 7 og 9 kan stamme fra en 6 puls ensretter 3 og 5 kan også stamme fra 6 puls ensretter, men den 5 er større end forventet.

22 Resultater - Transienter GPS satelite Sae cable 3 kv to shore Transformer 33/33/3 kv GPS Reciever System Sea cable 33 kv GPS Reciever System GPS Reciever System 3

23 Resultater - Transienter Indkobling af radial A på Nysted Havmølle Park:

24 Resultater - Transienter

25 Resultater - Transienter Det ses af graferne at spændingen er, µs om at komme fra platformen til A og 6,4 µs om at komme fra A til A9. Det ses spændingen i A9 er dobbelt så stor som A og platformen og bølgen vandrer tilbage igen, og det tager igen ca. 6 µs at komme fra A9 tilbage til A og ca. µs at komme fra A til platformen.

26 Estimation of individual phase switching times Ap voltage [pu] - Ap voltage [pu] time [ms] time [ms] A voltage [pu] - A voltage [pu] time [ms] time [ms] A9 voltage [pu] - A9 voltage [pu] time [ms] time [ms]

27 Measured and simulated (dist. cable model) voltages Ap voltage [pu] - Ap voltage [pu] time [ms] time [ms] A voltage [pu] - A voltage [pu] time [ms] time [ms] A9 voltage [pu] - A9 voltage [pu] time [ms] time [ms]