Suuren tuulivoimatuotannon dynaamisia vaikutuksia sähköverkkoon

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Master's thesis
Date
2006
Major/Subject
Power Systems and High Voltage Engineering
Sähköverkot ja suurjännitetekniikka
Mcode
S-18
Degree programme
Elektroniikan ja sähkötekniikan koulutusohjelma
Language
fi
Pages
78
Series
Abstract
Työssä on tutkittu millaisia vaikutuksia Suomeen tulevaisuudessa asennetulla suurella tuulivoimamäärällä olisi kantaverkon lyhyen aikavälin dynaamiseen käyttäytymiseen. Tutkimus tehtiin simuloimalla pohjoismaista verkkoa PSS/E-dynamiikka-simulointiohjelmalla. Maakuntaliittojen teettämien tuulivoimaselvitysten pohjalta valmisteltiin kaksi tulevaisuusskenaariota, joissa tuulivoimalla katetaan 5 ja 20% Suomen vuotuisesta energiankulutuksesta. Kolmantena oli skenaario, jossa tuulivoimaa on vain etelässä. PSS/E-ohjelmalle saatavissa olevat tuulivoimaloiden dynamiikkasimulointimallit kartoitettiin ja testattiin. Kahdella toimivaksi havaitulla tuulivoimalamallilla suoritettiin simulointikokeita yksityiskohtaisessa Suomen kantaverkon mallissa. Verkon tehonjaon laskennan perusteella todettiin tarve suuren tuulivoimamäärän vaatimille välttämättömille verkkovahvistuksille, jotka toteutettiin kantaverkon malliin. Dynaamiikkasimuloinneissa kaksoissyötettyihin epätahtigeneraattoreihin perustuvat tuulivoimalat paransivat siirtoverkon tehoheilahtelujen vaimenemista verrattuna tilanteeseen, jossa vastaava määrä tehoa oli tuotettu perinteisillä voimalaitoksilla. Suoraan verkkoon kytkettyjä epätahtigeneraattoreita käyttävät tuulivoimalat lyhensivät kriittistä vianpoistoaikaa, kun kaksoissyötettyjä epätahtigeneraattoreita käyttävillä voimaloilla ei siihen ollut juuri vaikutusta. Kokeissa oletettiin, että tuulivoimaloissa oli 'fault ride-through'-, eli verkkovikojen sieto-ominaisuus. Simulaatioiden tulokset ovat osittain erilaiset kuin mitä aikaisemmista tutkimuksista on saatu. Jatkotutkimukset ovat suositeltavia ennen lopullisten johtopäätösten tekemistä. Tärkein kokeisiin liittyvä tunnistettu virhelähde on epätietoisuus siitä, miten hyvin käytetyt tuulivoimalamallit vastaavat todellisten tuulivoimaloiden käyttäytymistä.

In this work, the effects of a large installed wind power generation capacity on the short term dynamic behaviour of the Finnish power transmission grid have been studied. The work was carried out by simulating the Nordic grid with the PSS/E-dynamic simulation program. Based on reports about potential wind power sites in Finland, two future scenarios are presented, where wind power makes up 5 and 20% of annual electrical energy consumption. In the third scenario wind power is present only in southern Finland. Available wind power simulation models for PSS/E are surveyed and tested. Two models are selected for further simulations in the detailed model of the Finnish transmission network. According to the power flow simulations, a need for necessary grid reinforcements was noted and implemented in the grid model. In the dynamic simulations, wind power based on doubly-fed induction generators enhanced the damping of power system oscillations, when compared to situations where equivalent power was produced by conventional power plants. Wind power plants based on squirrel cage induction generators shortened the critical fault clearing time, whereas the more modern doubly-fed induction generators had no effect on it. In the simulations, fault ride-through capability was assumed. The results of the simulations are partially different to those obtained from earlier research by other parties. It is recommended that further research is undertaken before any final conclusions are made. The largest identified error source is that the wind turbine models have not been validated against measurements from real plants.
Description
Supervisor
Haarla, Liisa; Prof.
Thesis advisor
Matilainen, Jussi; DI
Keywords
wind power, stability, power system disturbance, damping, tuulivoima, stabiilisuus, verkkohäiriöt, vaimennus
Other note
Citation
Permanent link to this item
https://urn.fi/urn:nbn:fi:tkk-007585