[2005] Operation And Control Of Large Wind Turbines And Wind Farms - Final Report, elektronika, elektronika, ...
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Risø-R-1532(EN)
Operation and control of large wind
turbines and wind farms - Final report
Poul Sørensen, Anca D. Hansen, Kenneth Thomsen, Thomas
Buhl, Poul Erik Morthorst, Lars Henrik Nielsen, Florin Iov,
Frede Blaabjerg, Henrik Aalborg Nielsen, Henrik Madsen and
Martin H. Donovan
Risø National Laboratory
Roskilde
Denmark
September 2005
Author:
Poul Sørensen, Anca D. Hansen, Kenneth Thomsen,
Thomas Buhl, Poul Erik Morthorst, Lars Henrik Nielsen, Florin Iov,
Frede Blaabjerg, Henrik Aalborg Nielsen, Henrik Madsen and
Martin H. Donovan
Title:
Operation and control of large wind turbines and wind farms -
Risø-R-1532(EN)
September 2005
Abstract (max. 2000 char.)
:
ISSN 0106-2840
ISBN 87-550-3469-1 (Internet)
This report is the final report of a Danish research project
“Operation and control of large wind turbines and wind farms”.
The objective of the project has been to analyse and assess
operational strategies and possibilities for control of different
types of wind turbines and different wind farm concepts.
The potentials of optimising the lifetime/energy production ratio
by means of using revised operational strategies for the
individual wind turbines are investigated. Different strategies
have been simulated, where the power production is decreased to
an optimum when taking loads and actual price of produced
electricity into account.
Contract no.:
Group's own reg. no.:
1115030-1
Sponsorship:
Elkraft System PSO (FU 2102)
Dynamic models and control strategies for the wind farms have
also been developed, with the aim to optimise the operation of
the wind farms considering participation in power system
control of power (frequency) and reactive power (voltage),
maximise power production, keep good power quality and limit
mechanical loads and life time consumption.
Cover :
The project developed models for 3 different concepts for wind
farms. Two of the concepts use active stall controlled wind
turbines, one with AC connection and one with modern
HVDC/VSC connection of the wind farm. The third concept is
based on pitch controlled wind turbines using doubly fed
induction generators. The models were applied to simulate the
behaviour of the wind farm control when they were connected to
a strong grid, and some initial simulations were performed to
study the behaviour of the wind farms when it was isolated from
the main grid on a local grid.
Also the possibility to use the available information from the
wind turbine controllers to predict the wind speed has been
investigated. The main idea has been to predict the wind speed at
a wind turbine using up-wind measurements of the wind speed
in another wind turbine.
Pages: 44
Tables: 0
References: 19
Risø National Laboratory
Information Service Department
P.O.Box 49
DK-4000 Roskilde
Denmark
Telephone +45 46774004
Fax +45 46774013
Contents
4
Preface
5
Dansk resumé
6
English resumé
1
8
Background
2
9
Objective
3
10
Prediction of wind fluctuations
3.1
Data
10
3.2
Analysis
11
3.3
Model
12
3.4
Prediction performance
13
4
13
Wind turbine and wind farm control
4.1
Wind turbine models
14
4.2
Wind farm controller models
18
4.3
Simulation examples with main grid connection
23
4.4
Simulations with isolated operation on local grids
27
5
29
Revised operational strategies for wind farms
5.1
Method
30
5.2
Scenario analysis for the re-design approach
31
5.3
Scenario with variable life time
34
5.4
Scenario analysis for the existing-design approach
37
6
41
Results
6.1
Prediction of wind fluctuations
41
6.2
Wind turbine and wind farm control
41
6.3
Revised operational strategies for wind farms
41
6.4
Project publications
42
Risø-R-1532(EN)
3
Preface
This report describes results of the project titled “Control of wind power installations”.
The project was funded by the Danish TSO, Elkraft System as PSO project FU 2102, and
it was carried out in cooperation between Risø National Laboratory, Technical
University of Denmark, Aalborg University and Energy E2.
4
Risø-R-1532(EN)
Dansk resumé
Den foreliggende rapport er slutrapporten for et dansk forskningsprojekt med titlen
”Drift, styring og regulering af vindkraft”. Formålet med dette projekt har været at
analysere og vurdere reviderede driftsstrategier og mulighederne for styring og
regulering af forskellige typer af vindmøller og vindmølleparker.
Potentialet for optimering af forholdet mellem levetid og energiproduktion undersøges
ved hjælp af reviderede driftsstrategier for de individuelle vindmøller. En ny metode er
udviklet, som etablerer forudsigelse af levetidsomkostninger og indtægter for en
vindmøllepark med 5 vindmøller. Metoden gør det muligt at identificere potentialet for
at forbedre indtjeningen ved en revideret driftsstrategi for vindmøllerne i parken. Den
reviderede driftsstrategi kan baseres på en variabel markedspris for elektricitet, graden af
skyggevirkning fra andre møller i parken eller på vindmøllelaster generelt.
To forskellige strategier er undersøgt. Den ene – ny-design-strategien – er baseret på
omkostningsmodellering af vindmøllekomponenterne som bruger udmattelseslaster som
input, mens den anden – eksisterende-design-strategien – er baseret på en antaget levetid
for de enkelte komponenter. I den sidste ændres komponenternes design ikke, men
komponenten udskiftes når den er slidt.
Analyser med ny-design-strategien illustrerer at det er muligt at øge indtjeningen 5-10 %
hvis driftsstrategien optimeres med hensyn til såvel vindforhold som elpriser på
spotmarkedet. Analyser med eksisterende-design-strategien indikerer en mindre
indtjening end med ny-design-strategien.
Der er endvidere udviklet dynamiske modeller og styringsstrategier for forskellige
koncepter af vindmølleparker. Formålet har været at forbedre styringen af
vindmølleparkerne, først og fremmest med henblik på deltagelse i reguleringen af
elsystemet med effekt- og frekvensstyring, samt reaktiv effekt- og spændingsstyring.
Desuden er styringerne udviklede med henblik på at maksimere energiproduktionen så
vidt muligt, opretholde en god elkvalitet og begrænset de mekanisk belastning på
møllerne.
Projektet har udviklet modeller for tre forskellige typer af vindmølleparker. De udviklede
modeller er generelle i den forstand at de ikke refererer til specifikke møllemærker, men
derimod satser på at simulere de muligheder de forskellige teknologier giver. To af de
modelerede vindmølleparker anvender aktiv stall regulerede vindmøller, den ene med
AC (vekselstrømsforbindelse) og den anden med moderne HVDC / VSC
(jævnstrømsforbindelse med fuld styrbarhed). Den tredje type er baseret på pitch
regulerede vindmøller med dobbeltfødede asynkrongeneratorer.
Simuleringer med de udviklede modeller bekræfter at de to typer vindmølleparker som er
anvendt i de to store offshore vindmølleparker i Danmark (dvs. dobbeltfødede
pitchregulerede møller som i Horns Rev og Combi Stall eller aktiv stall som i Nysted)
kan styres af en central vinmølleparkstyring så de understøtter reguleringen af effekt /
frekvens og reaktiv effekt / spænding på nettet.
Dynamisk fasekompensering, som f.eks. anvendes i Combi Stall møllerne i Nysted, giver
mulighed for øjeblikkeligt respons på ændringer i behov for reaktiv effekt. Dette er
meget nyttigt, fordi spændingen kan reguleres meget hurtigt på den måde. Det
øjeblikkelige respons opnås uden overdreven koblingshyppighed ved hjælp af en
Risø-R-1532(EN)
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]