Reactive Power Compensation : Assessment of solutions to compensate for reactive power in wind farms

I takt med en utbyggnad av vindkraften i Sverige ökar också risken för minskad elkvalité. Vindkraften ger upphov till ett flertal störningar som riskerar minska elkvalitén på det svenska kraftnätet. En av dessa störningar är så kallad reaktiv effekt, reaktiv effekt kan beskrivas som skummet i ett ölglas, de upptar onödig plats och sänker nyttjandegraden. Detta är ett problem som bör beaktas vid en utbyggnad av vindkraften i Sverige. I detta arbete har begreppet reaktiv effekt samt dess uppkomst och påverkan på nätet behandlats. Vidare har metoder för reaktiv effektkompensering utretts och används för att ta fram modeller för reaktiv effektkompensering i vindkraftparker. Arbetets syfte var att utvärdera olika metoder för reaktiv effektkompensering samt undersöka hur dessa påverkas av anläggningen storlek, topografi och placering i regionnätet. En utredning om vilka lösningar som idag finns tillgängliga på marknaden har legat till grund för utarbetandet av en strategi för kompensering av den reaktiva effekten i OX2:s Vindkraftparker. Resultatet visar att man kan kompensera bort reaktiv effekt på ett antal olika sätt. Valet av kompenseringsmetod beror framför allt på vilka krav nätägaren har på kompenseringens snabbhet och hur stora spänningsvariationer som denne tillåter i anslutningspunkten. I vindkraftssammanhang måste kompenseringen vara snabb för att hinna kompensera för vindraftens snabbare förlopp. Den snabbaste metoden är ABB:s SVC Light® som klarar reglering på under 5 ms, men innebär en större investeringskostnad 20 Mkr. Kan man nöja sig med FACTS lösning av typen SVC så blir kostnaden halverad till ca 10 Mkr. Givetvis skiljer sig SVC, SVC Light® och Siemens direktdriva turbiner sig en hel del åt både tekniskt och prismässigt, men samtliga lösningar bedöms likvärdiga i avseende av underhållskostnader och driftsäkerhet. Snabbare kompensering medför ett högre pris och lämpar sig därför för större parker eller i känsligare delar av regionnätet. För parker i storlek med Maevaara II är Siemens lösning med direktdrivna turbiner eller ABB:s SVC lösning den mest lämpade om man ser till investeringskostnader och parkstorlek. As we in Sweden expends our use of wind power and the wind farms grows bigger, the risk of reduced power quality on the electric grid is bigger now than ever. Wind turbines produce a variety of distortions on to the electric grid that threatens to reduce the power quality of the Swedish power grid. One of these distortions is so-called reactive power, reactive power can be described as the foam in a beer glass, the foam is also beer but occupies unnecessary space that could be just for beer. The beer in this case is the active effect and the foam is the unnecessary reactive effect which lowers utilization rate. This is an issue to taken into account in the development of Swedish wind power projects. In this work, the concept of reactive power as well as its emergence and impact on the network will be treated. Furthermore, methods for reactive power compensation investigated and used to develop models for reactive power compensation of wind farms. The aim of the project was to evaluate different methods for reactive power compensation , as well as explore how these are affected by the wind farms size, topography and location of the regional network . This together with An investigation of the solutions currently available on the market has been the basis for developing a strategy for the compensation of the reactive power in the OX2 's wind farms. The results show that one can compensate for the produced reactive effect in a number of ways, some better than others. The choice of the compensation method depends primarily on the grid codes in the region. In the wind power context, the compensation to be able to compensate for voltage drops that occur in fast wind changes. The quickest method is ABB's SVC Light® capable control in under 5 ms , but means a greater investment cost 20 million sek. Can we settle the FACTS solution of type SVC , the cost is halved to about 10 million sek. For parks in size with Maevaara II, the Siemens solution with direct drive turbines or ABB's SVC solution the most suitable in terms of investment costs and park size. Both ABB and Siemens recommend that further investigation is to be done to optimize a solution to the specific case. The investment cost presented in this report is a rough estimation, the different alternatives lies between 10-20 million sek. This is to be used as a guide value to evaluate the different methods.