Tuulivoiman erityispiirteitä kantaverkkoliitynnän ja verkon dynamiikan kannalta
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Faculty of Electronics, Communications and Automation |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2008
Major/Subject
Power Systems and High Voltage Engineering
Sähköverkot ja suurjännitetekniikka
Sähköverkot ja suurjännitetekniikka
Mcode
S-18
Degree programme
Elektroniikan ja sähkötekniikan koulutus-/tutkinto-ohjelma
Language
fi
Pages
72, [11]
Series
Abstract
Tässä työssä tutkittiin laajamittaisen tuulivoimatuotannon liittämismahdollisuuksia ja liittämisestä aiheutuneita verkon vahvistustarpeita. Lisäksi vertailtiin tuulipuiston ja lämpövoimalaitoksen vaikutusta jännitekuopan leviämiseen 110 kV verkossa sekä tutkittiin merkittävän tuulivoimatuotannon vaikutusta järjestelmän taajuudensäätövoimaan. Työ toteutettiin simuloimalla pohjoismaista kantaverkkoa PSS/E-ohjelmalla. Käytetty kantaverkon malli on Fingridin käyttämä ja tuulivoimalan malli PSS/E-tuulipaketin mukana tuleva DFIG-tuuligeneraattoriin perustuva malli. Tuulipuistot mallinnettiin ekvivalenttigeneraattoreilla sekä puiston sisäisen verkon ekvivalenttisella kokonaisimpedanssilla ja -suskeptanssilla. Tutkittiin kahta tuulivoimaskenaariota (2000 MW, 7320 MW). Tuulipuistojen suuruudet ja sijainnit perustuvat maakuntaliittojen teettämiin tuulivoimaselvityksiin. Tutkimus toteutettiin siten, että tuulipuistot liitettiin kantaverkon sähköasemille. Jos ylikuormituksia tai jännitteen alenemia ilmeni ehjässä verkossa tai (n-1) vian seurauksena, lisättiin tarvittavat 110 kV ja 400 kV johdot (n-1)-kriteerin toteuttamiseksi. Liityntätarkastelujen tueksi tehtiin alueellisia tehonjako- ja dynamiikkatarkasteluja. Dynamiikkatarkasteluissa käytettiin erilaisia vikapaikkoja ja tarkasteltiin jännitteiden sekä voimaloiden käyttäytymistä vian aikana. Tarvittavat verkkovahvistukset tehtiin kahdessa eri tuulivoimaskenaariossa ja laskettiin tarvittavien investointikustannusten hinta asennettua tuulivoimakapasiteettia kohti. Näihin kustannuksiin otettiin mukaan vain verkkovahvistusten kustannukset. Tutkimuksen tulokseksi saatiin, että verkkoinvestointikustannukset asennettua tuulivoimakapasiteettia kohti ovat samansuuntaisia kuin eräiden maiden tekemät selvitykset heidän voimajärjestelmällään. Ei löydetty merkittävää eroa lämpövoimalaitoksen ja tuulipuiston dynaamisesta käyttäytymisestä verkkovian aikana. Käytetyn tuulivoimalan mallin dynaamisen käyttäytymisen oikeellisuudesta jäi kuitenkin epävarmuutta ja tehtäessä taajuusvastetarkasteluja havaittiin, että tuulivoimalan ei toiminut oikein verkon taajuuden poiketessa nimellisestä.This work studies the connection issues and grid reinforcement needs for large amounts of wind power. Additionally, the effect of a wind power plant on the voltage drop in the 110 kV grid was compared with that of a thermal power plant, and also the effects of large amounts of wind power on the frequency response of the power system were studied. The work was accomplished by simulating the Nordic power system with PSS/E software. The grid model is the Nordic grid model used by the Finnish TSO. The wind turbine generator model used in the study is a DFIG-model from the PSS/E Wind Package. The wind farms are modelled with equivalent generators and collector equivalent impedance and charging capacitance. Two different wind power scenarios were studied. The amount and location of the wind farms are based on regional plans made by Finnish regional authorities. In the study, the wind farms were connected to existing substations. Additionally, new 110 kV and 400 kV lines were added if overloadings or voltage declines occurred in the intact grid or after (n-1) faults. One area in Finland was more carefully studied with power flow and dynamic simulations. Different fault locations were used and the behaviour of voltages and power plants during the faults were studied. The necessary grid reinforcement plan was made for two different wind power scenarios, thus allowing the grid reinforcement costs per installed megawatt of wind power to be calculated. This price included only the costs for reinforcing the grid. The study shows that the grid reinforcement costs per installed megawatt of wind power were similar those reported in other countries with their own power systems. No significant differences were found in the dynamic operation between the thermal and wind power plants during faults. However, there was some uncertainty about the correctness of the dynamic behaviour of the wind turbine model, and it was later discovered that the wind turbine did not function properly when the grid frequency deviated from nominal value.Description
Supervisor
Haarla, Liisa; Prof.Thesis advisor
Matilainen, Jussi; DIKeywords
wind power, grid connection, grid reinforcement, voltage drop, tuulivoima, verkkoliityntä, verkkovahvistukset, jännitekuoppa