Modelling of An Offshore Wind Farm for Multi-Frequency Stability Analysis

I denne masteroppgaven er det blitt utviklet to funksjonelle simuleringsmodeller som likner svært på modellene CIGREs arbeidsgruppe C4.49 Multi-frequency stability of converter-based modern power systems har designet. Den økende kompleksiteten i den elektriske kraftsystemet de siste årene har vist seg å introdusere nye utfordringer knyttet til fler-frekvens stabilitet i form av interaksjoner og resonans mellom passive komponenter i nettet og kontrollsystemet til omformere. C4.49 er etablert for å beskrive fenomenet og forklare tilgjengelige metoder for analyser, samt gi en felles forståelse av modellering, analyse, evaluering og metoder for redusere problemet. Formålet med denne masteroppgaven er å komme med et bidrag til C4.49 i forbindelse med modelleringen. Systemene, som er designet for å illustrere problemet, representerer nett som er dominert av kraftelektronikk hvor både generatorer og laster er koblet sammen via omformere. Systemdesignet foreslått av C4.49 er ikke begrenset til én bestemt type genererende enhet. Likevel, er det for denne masteroppgaven blitt bestemt å betrakte de strømgenererende enhetene som vindturbiner. Det første systemet består kun av en enkelt genererende enhet koblet til en ideell spenningskilde, mens det andre systemet er bygget opp av to omformerkonfigurasjoner som er koblet til kraftnettet. De to omformerkonfigurasjoner i det andre systemet representerer i denne masteren en samling av 58 vindturbiner. For å gjøre modellen så realistisk som mulig er det blitt benyttet parameterdata fra vindkraftverket HORNSEA Project ONE. Designet av omformernes kontrollsystem er utledet basert på metoder fra litteraturen og er blitt grundig forklart. Modelleringsprosessen avdekket en utfordring med den oppskalerte representasjonen av en enkelt vindturbin, gitt den valgte kontrollstrategien. Problemet, som introduserte en enorm mengde harmonisk støy for systemet, er antatt å ha sin opprinnelse i en økt differanse mellom energilagringskapasiteten til filterinduktansen og filterkondensatoren. Problemet ble løst ved å justere spenningsnivået på DC-siden av omformeren. Undersøkelser indikerte at grunnen til den vellykkede justeringen av DC-spenningen skyldtes en tilstrekkelig regulering av en ukontrollert effektflyt mellom de to sidene av omformeren på grunn av den store filterkapasitansen. Den ekvivalente representasjonen av den samlede filterimpedansen er riktig sett fra nettet. Likevel forventes ikke problemet å oppstå i virkeligheten ettersom vindkraftverk i realiteten består av mange enkeltstående enheter med et mye lavere forhold mellom induktansen og kapasitansen. Funnene betraktes som en svakhet ved modellen som det er verdt å diskutere videre. En frekvensskanning av omformerne under ulike driftsforhold viste en signifikant og lite forutsigbar variasjon i impedansen for frekvenser under 200 Hz. Impedansen var i denne regionen følsom for alle de ulike driftsforholdene som ble testet