Styring af reaktiv effekt i havvindmølleparken Borkum riffgrund - Tyskland

Transkript

1 Eksamensprojekt til Civil-ingeniør Styring af reaktiv effekt i havvindmølleparken Borkum riffgrund - Tyskland 1.1 Indledning Ud for den nordtyske vadehavs-ø Borkum har de tyske myndigheder planlagt etablering af - i første fase - 4 vindmølleparker. En af disse 4 vindmølleparker skal udføres af Energi E2 / Plambeck Neue Energien (PNE), tilsammen kaldet PNE2. I forbindelse med steady state beregninger for nettilslutningen, konstaterede E2 at der ligger en reguleringsteknisk udfordring i antallet af reguleringsmuligheder for spænding og reaktiv effekt kombineret med store variationer i produktionen fra vindmølleparken og et ønske om at begrænse kørslen med trinkoblere (specielt på komponenter placeret offshore).

2 1.2 Anlæggets hovedbestanddele Det hidtidige arbejde med projektet er baseret på etableringen af 77 vindmøller á 3,6 MW, dvs. i alt 277 MW. Og tilslutning til transmissionsnettet via den eksisterende transformerstation i Diele. Løsningen er baseret på vekselstrømsoverføring og tilslutningen til nettet vil bestå af følgende hovedbestanddele: i alt ca. 24 km, 33 kv søkabel fordelt på 10 forbindelser fra en transformerplatform placeret i centrum af området til hver af 10 vindmøllegrupper, som hver består af 7-8 vindmøller. Endvidere i alt ca. 55 km, 33 kv søkabel for forbindelse mellem de enkelte vindmøller i hver gruppe en transformerstation bygget på en platform for opsamling og transformering af vindmøllestrømmen fra 33 kv til 220 kv en knap 70 km lang, 220 kv søkabelforbindelse fra transformerplatformen til Hilgenriedersiel på fastlandet (se billede 1) en station i Hilgenriedersiel for overgang mellem landkabel og søkabel samt for statisk og evt. dynamisk reaktiv kompensering en knap 70 km lang, 220 kv landkabelforbindelse fra Hilgenriedersiel til Diele (se billede 2) en udvidelse af den eksisterende 380 kv transformerstation i Diele for tilslutning til transmissionsnettet samt for transformering fra transmissionskablets spænding, 220 kv. Transformerstationen i Diele er ejet af det tyske netselskab e.on. Netz GmbH (ENE).

3 1. Navstyring 10. Vingenav 2. Pitchcylinder 11. Vingeleje 3. Hovedaksel 12. Vinge 4. Oliekøler 13. Rotor arreteringssystem 5. Gear 14. Hydraulikstation 6. VMP-topstyring med konverter 15. Bundramme 7. Parkeringsbremse 16. Krøjegear 8. Servicekran 17. OptiSpeed -generator 9. Transformer 18. Ultra-sonic sensorer

4 Billede 1 Billede 2

5 1.3 Problematik Det er velkendt, at overføring af stor effekt med kabler i et vekselstrømssystem, har en begrænset længde pga. kablernes store ladestrøm. For en AC løsning er den første naturlige problemstilling derfor, om det overhovedet er muligt at overføre 277 MW ved 220 kv over en afstand på næsten 150 km. Energi E2s indledende stationære load flow beregninger har vist, at det er muligt at opnå en rimelig spændings- og Mvar-fordeling i nettet ved hjælp af reaktiv kompensering på strækningens midte. Udfordringen ligger da i at kunne styre den reaktive kompensering tilstrækkeligt effektivt, således at anlæggets vigtige dele udnyttes optimalt, samt at antallet af korrigerende koblinger minimeres samt således, at tilslutningskrav og andre øvrige system krav overholdes. 1.4 Projektmål Tilslutningsbetingelser i Tyskland System forståelse Load flow beregninger Modellering af vindmølle (grundmodel) Modellering af vindmøllegruppe (system model I) Modellering af vindmøllepark (system model II) Modellering af overføring (sø-kabel) Modellering af overføring (landkabel) Udvikling af optimal reguleringsstrategi Modellering af det samlede system Konsekvensanalyse Virkningsgrads analyse 1.5 Projekt informationer Projektperiode: 1. Sep til 16. Jan 2006 Vejleder, intern: Jacob Østergård, Leder af Center for El-teknologi, DTU. Vejleder, ekstern: Bernd Okkels, Energi E2. Henrik Arne Schick, s031694@student.dtu.dk Overbygnings stud. Civilingeniør, Elektro. Diplomingeniør, Stærkstrøm.