2007-05-09antje orths - ewec 2007, milano, italy experience with voltage control from large offshore...
Post on 20-Jan-2016
215 Views
Preview:
TRANSCRIPT
2007-05-09 Antje Orths - EWEC 2007, Milano, Italy
Experience with Voltage Control From Large Offshore Windfarms for Transmission Systems
Vladislav Akhmatov
Antje Orths
Peter Børre Eriksen NORDEL
UPS
UCTE
2007-05-09 Antje Orths - EWEC 2007, Milano, Italy
AGENDA
Introduction
Danish Grid Connection Specifications
Limiting Factors
Summary
2007-05-09 Antje Orths - EWEC 2007, Milano, Italy
Power Balance 2005
Two synchronous areas:
Central power plantsLocal plants
Wind turbines
1000/950 MW 460/490 MW
550 MW800/1200 MW
Consumption 1250 - 3700 MW
Central power plants 3400 MW
Local CHP units 1700 MW
Wind turbines 2400 MW
Consumption 880 - 2600 MW
Central power plants 3800 MW
Local CHP units 650 MW
Wind turbines 750 MW
West:
East:
4100 MW
1400 MW
penetration Wind: 65 … 200%
CHP: 46 … 136%
penetration Wind: 30 … 85%
CHP: 25 … 74%
ex: 40 of prod.
im: 70 of cons.
ex: 43 of prod.
im: 70 of cons.
1300/1700 MW
im-/ export [MW]
2007-05-09 Antje Orths - EWEC 2007, Milano, Italy
The Danish transmission system
Teglstrupgård Valseværket
BorupS tasevangKyndbyværket
Lyngerup
J ersieS panager
Bjæverskov
HaslevFensm ark
Blangslev
Masnedøværket
Eskilstrup
I destrup
Rødby
VestlollandRadsted
Orehoved
Øster-holm
S tigsnæs-værket
Næstved
Hejninge
Rislev
Asnæs-værket
Kalundborg Torslunde
Nyrup
K irkeskovgård
Ringsted
Nr. Asm indrup
Hovegård
GørløsegårdAllerødgård
Kam strup
S perrestrupgårdØlstykke-
gård
S kibbygård
Revsing
Frøstrup
Nors
Nibstrup
AndstBram -drup
Ryttergård
Hatting
Mårslet
Malling
K nabberup
Thyregod
Bredebro
RibeMagstrup
Enstedværket
S ønderborg
Tyrstrup
Bedsted
Herning
Holsted
I dom lund
Karlsgårde
Lykkegård
S dr. Felding
S truer
S tovstrup
Videbæk
Abildskov
Fraugde
FynsværketGraderup
Odense Sydøst
Svendborg
Bilstrup
Bjørnholt
Tange
Hasle
Mesballe
Mollerup
ÅstrupHornbæk
Moselund
Høskov
Ådalen
Hvorupgård
Ålborg Øst
Bredkær S tarbakke
Dybvad
Ferslev
MosbækTinghøj
Vilsted
FredensdalK lim Fjordholm e
VendsysselværketS kansen
Håndværkervej
T jele
TrigeS tudstrup-værket
Hørning
Askær
EndrupEstrup-vej S kærbæk-
værket
K ingstrup
Kassø
Vester Hassing
Landerupgård
Loldrup
Horns RevA
160 MW
Nysted165 MW
Sverige
60 kV
København
50 kV
Norge1.000 MW
Sverige740 MW
Tyskland1.200 MW
Sverige1.900 MW
Tyskland600 MW
Eksisterende transm issionsnetultim o 2005
400/ 150 kV- eller 400/ 132 kV- transformerstation
eller 400 kV- koblingsstation
150/ 60 kV- eller 132/ 50 kV- transformerstation
eller 150 kV- eller 132 kV- koblingsstation
K raftværk m ed tilhørende station
150 kV- eller 132 kV- ledning et system
150 kV- eller 132 kV- ledning to system er
150 kV- eller 132 kV- kabel
400 kV- kabel
400 kV- ledning et system
400 kV- ledning to system er
400/ 150 kV- eller 400/ 132 kV- kom biledning
220 kV- ledning to system er
220/ 150 kV- kom biledning
250 kV, 350 kV- eller 400 kV- ledning
250 kV, 350 kV- eller 400 kV- kabel
Uafhængig af antal system er
J ævnstrømHVDC
Mosedegård
Svanem ølleværket
Am agerværket
Kastrup kbst.Am ager kbst
Avedøreværket
I shøj
H . C. Ørsted Værket
Bellahøjkbst
G lentegård
BagsværdgårdHareskovgård
Måløvgård
Vej leå
Ejbygård
Vigerslev kbst
Linde-vang
Flaskegård
Brøndby-gård
BallerupgårdDyregård
Teglstrupgård Valseværket
BorupS tasevangKyndbyværket
Lyngerup
J ersieS panager
Bjæverskov
HaslevFensm ark
Blangslev
Masnedøværket
Eskilstrup
I destrup
Rødby
VestlollandRadsted
Orehoved
Øster-holm
S tigsnæs-værket
Næstved
Hejninge
Rislev
Asnæs-værket
Kalundborg Torslunde
Nyrup
K irkeskovgård
Ringsted
Nr. Asm indrup
Hovegård
GørløsegårdAllerødgård
Kam strup
S perrestrupgårdØlstykke-
gård
S kibbygård
Revsing
Frøstrup
Nors
Nibstrup
AndstBram -drup
Ryttergård
Hatting
Mårslet
Malling
K nabberup
Thyregod
Bredebro
RibeMagstrup
Enstedværket
S ønderborg
Tyrstrup
Bedsted
Herning
Holsted
I dom lund
Karlsgårde
Lykkegård
S dr. Felding
S truer
S tovstrup
Videbæk
Abildskov
Fraugde
FynsværketGraderup
Odense Sydøst
Svendborg
Bilstrup
Bjørnholt
Tange
Hasle
Mesballe
Mollerup
ÅstrupHornbæk
Moselund
Høskov
Ådalen
Hvorupgård
Ålborg Øst
Bredkær S tarbakke
Dybvad
Ferslev
MosbækTinghøj
Vilsted
FredensdalK lim Fjordholm e
VendsysselværketS kansen
Håndværkervej
T jele
TrigeS tudstrup-værket
Hørning
Askær
EndrupEstrup-vej S kærbæk-
værket
K ingstrup
Kassø
Vester Hassing
Landerupgård
Loldrup
Horns RevA
160 MW
Nysted165 MW
Sverige
60 kV
København
50 kV
Norge1.000 MW
Sverige740 MW
Tyskland1.200 MW
Sverige1.900 MW
Tyskland600 MW
Eksisterende transm issionsnetultim o 2005
400/ 150 kV- eller 400/ 132 kV- transformerstation
eller 400 kV- koblingsstation
150/ 60 kV- eller 132/ 50 kV- transformerstation
eller 150 kV- eller 132 kV- koblingsstation
K raftværk m ed tilhørende station
150 kV- eller 132 kV- ledning et system
150 kV- eller 132 kV- ledning to system er
150 kV- eller 132 kV- kabel
400 kV- kabel
400 kV- ledning et system
400 kV- ledning to system er
400/ 150 kV- eller 400/ 132 kV- kom biledning
220 kV- ledning to system er
220/ 150 kV- kom biledning
250 kV, 350 kV- eller 400 kV- ledning
250 kV, 350 kV- eller 400 kV- kabel
Uafhængig af antal system er
J ævnstrømHVDC
Mosedegård
Svanem ølleværket
Am agerværket
Kastrup kbst.Am ager kbst
Avedøreværket
I shøj
H . C. Ørsted Værket
Bellahøjkbst
G lentegård
BagsværdgårdHareskovgård
Måløvgård
Vej leå
Ejbygård
Vigerslev kbst
Linde-vang
Flaskegård
Brøndby-gård
BallerupgårdDyregård
Discussed Future Locations
Areal ca. 44 km2
Power ca. 200 MW
Discussed Future Locations
Areal ca. 44 km2
Power ca. 200 MW
Governmental Energy Strategy 2025:
+ 3,000 MW
Governmental Energy Strategy 2025:
+ 3,000 MW
… and offshore windparks
German plans (DENA study) 2020:
+ 20,000 MW (North & Baltic Sea)
German plans (DENA study) 2020:
+ 20,000 MW (North & Baltic Sea)
2007-05-09 Antje Orths - EWEC 2007, Milano, Italy
Teglstrupgård Valseværket
BorupS tasevangKyndbyværket
Lyngerup
J ersieS panager
Bjæverskov
HaslevFensm ark
Blangslev
Masnedøværket
Eskilstrup
I destrup
Rødby
VestlollandRadsted
Orehoved
Øster-holm
S tigsnæs-værket
Næstved
Hejninge
Rislev
Asnæs-værket
Kalundborg Torslunde
Nyrup
K irkeskovgård
Ringsted
Nr. Asm indrup
Hovegård
GørløsegårdAllerødgård
Kam strup
S perrestrupgårdØlstykke-
gård
S kibbygård
Revsing
Frøstrup
Nors
Nibstrup
AndstBram -drup
Ryttergård
Hatting
Mårslet
Malling
K nabberup
Thyregod
Bredebro
RibeMagstrup
Enstedværket
S ønderborg
Tyrstrup
Bedsted
Herning
Holsted
I dom lund
Karlsgårde
Lykkegård
S dr. Felding
S truer
S tovstrup
Videbæk
Abildskov
Fraugde
FynsværketGraderup
Odense Sydøst
Svendborg
Bilstrup
Bjørnholt
Tange
Hasle
Mesballe
Mollerup
ÅstrupHornbæk
Moselund
Høskov
Ådalen
Hvorupgård
Ålborg Øst
Bredkær S tarbakke
Dybvad
Ferslev
MosbækTinghøj
Vilsted
FredensdalK lim Fjordholm e
VendsysselværketS kansen
Håndværkervej
T jele
TrigeS tudstrup-værket
Hørning
Askær
EndrupEstrup-vej S kærbæk-
værket
K ingstrup
Kassø
Vester Hassing
Landerupgård
Loldrup
Horns RevA
160 MW
Nysted165 MW
Sverige
60 kV
København
50 kV
Norge1.000 MW
Sverige740 MW
Tyskland1.200 MW
Sverige1.900 MW
Tyskland600 MW
Eksisterende transm issionsnetultim o 2005
400/ 150 kV- eller 400/ 132 kV- transformerstation
eller 400 kV- koblingsstation
150/ 60 kV- eller 132/ 50 kV- transformerstation
eller 150 kV- eller 132 kV- koblingsstation
K raftværk m ed tilhørende station
150 kV- eller 132 kV- ledning et system
150 kV- eller 132 kV- ledning to system er
150 kV- eller 132 kV- kabel
400 kV- kabel
400 kV- ledning et system
400 kV- ledning to system er
400/ 150 kV- eller 400/ 132 kV- kom biledning
220 kV- ledning to system er
220/ 150 kV- kom biledning
250 kV, 350 kV- eller 400 kV- ledning
250 kV, 350 kV- eller 400 kV- kabel
Uafhængig af antal system er
J ævnstrømHVDC
Mosedegård
Svanem ølleværket
Am agerværket
Kastrup kbst.Am ager kbst
Avedøreværket
I shøj
H . C. Ørsted Værket
Bellahøjkbst
G lentegård
BagsværdgårdHareskovgård
Måløvgård
Vej leå
Ejbygård
Vigerslev kbst
Linde-vang
Flaskegård
Brøndby-gård
BallerupgårdDyregård
Teglstrupgård Valseværket
BorupS tasevangKyndbyværket
Lyngerup
J ersieS panager
Bjæverskov
HaslevFensm ark
Blangslev
Masnedøværket
Eskilstrup
I destrup
Rødby
VestlollandRadsted
Orehoved
Øster-holm
S tigsnæs-værket
Næstved
Hejninge
Rislev
Asnæs-værket
Kalundborg Torslunde
Nyrup
K irkeskovgård
Ringsted
Nr. Asm indrup
Hovegård
GørløsegårdAllerødgård
Kam strup
S perrestrupgårdØlstykke-
gård
S kibbygård
Revsing
Frøstrup
Nors
Nibstrup
AndstBram -drup
Ryttergård
Hatting
Mårslet
Malling
K nabberup
Thyregod
Bredebro
RibeMagstrup
Enstedværket
S ønderborg
Tyrstrup
Bedsted
Herning
Holsted
I dom lund
Karlsgårde
Lykkegård
S dr. Felding
S truer
S tovstrup
Videbæk
Abildskov
Fraugde
FynsværketGraderup
Odense Sydøst
Svendborg
Bilstrup
Bjørnholt
Tange
Hasle
Mesballe
Mollerup
ÅstrupHornbæk
Moselund
Høskov
Ådalen
Hvorupgård
Ålborg Øst
Bredkær S tarbakke
Dybvad
Ferslev
MosbækTinghøj
Vilsted
FredensdalK lim Fjordholm e
VendsysselværketS kansen
Håndværkervej
T jele
TrigeS tudstrup-værket
Hørning
Askær
EndrupEstrup-vej S kærbæk-
værket
K ingstrup
Kassø
Vester Hassing
Landerupgård
Loldrup
Horns RevA
160 MW
Nysted165 MW
Sverige
60 kV
København
50 kV
Norge1.000 MW
Sverige740 MW
Tyskland1.200 MW
Sverige1.900 MW
Tyskland600 MW
Eksisterende transm issionsnetultim o 2005
400/ 150 kV- eller 400/ 132 kV- transformerstation
eller 400 kV- koblingsstation
150/ 60 kV- eller 132/ 50 kV- transformerstation
eller 150 kV- eller 132 kV- koblingsstation
K raftværk m ed tilhørende station
150 kV- eller 132 kV- ledning et system
150 kV- eller 132 kV- ledning to system er
150 kV- eller 132 kV- kabel
400 kV- kabel
400 kV- ledning et system
400 kV- ledning to system er
400/ 150 kV- eller 400/ 132 kV- kom biledning
220 kV- ledning to system er
220/ 150 kV- kom biledning
250 kV, 350 kV- eller 400 kV- ledning
250 kV, 350 kV- eller 400 kV- kabel
Uafhængig af antal system er
J ævnstrømHVDC
Mosedegård
Svanem ølleværket
Am agerværket
Kastrup kbst.Am ager kbst
Avedøreværket
I shøj
H . C. Ørsted Værket
Bellahøjkbst
G lentegård
BagsværdgårdHareskovgård
Måløvgård
Vej leå
Ejbygård
Vigerslev kbst
Linde-vang
Flaskegård
Brøndby-gård
BallerupgårdDyregård
The Danish transmission system … need for a stronger grid
existingexisting
plannedplanned
discusseddiscussed
2007-05-09 Antje Orths - EWEC 2007, Milano, Italy
Pkan
Pbør
Pkan
Pbør
Absolute Production ConstraintAbsolute Production Constraint
Pkan
Pbør
Power Gradient ConstraintPower Gradient Constraint
Delta Production ConstraintDelta Production Constraint
Grid Connection Specifications
børP
Pkan
børPbørP
PkanPkan
Stop regulationStop regulation
3 5
6 7
2007-05-09 Antje Orths - EWEC 2007, Milano, Italy
Example Horns Rev 1
0
20
40
60
80
100
120
140
160
00:00 02:00 04:00 06:00 08:00hour
MW
Limit 1 (maximum power) Limit 2 (primary reserve)
Measured generation Possible generation
2007-05-09 Antje Orths - EWEC 2007, Milano, Italy
Dimensioning Voltages and Frequencies
Reactive Power Regulation
47,5 49,7 49,5 50,5
UL
ULF
UN
UHF
UH
Voltage
51,0 53,0 f [Hz]
Grid Connection Specifications
dotted lines:
rules before 2004
2007-05-09 Antje Orths - EWEC 2007, Milano, Italy
2400 2400 Load shedding [MW]Load shedding [MW]
1500 1500
1500 1500
800 800
1050 1050 500 500
5200 5200
400 400
European ”System Test”, November 4, 2006
Vindproduktion og decentral produktionVestdanmark
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
22:00 22:15 22:30 22:45 23:00
MW
Horns Rev
Landvind
Decentral
Vindproduktion og decentral produktionVestdanmark
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
22:00 22:15 22:30 22:45 23:00
MW
Horns Rev
Landvind
Decentral
Frequency
49,4
49,6
49,8
50
50,2
50,4
50,6
50,8
22:10:00 22:18:15 22:26:35 22:34:55 22:43:15
Time
Fre
qu
ency
[H
z]
2007-05-09 Antje Orths - EWEC 2007, Milano, Italy
Georg Christoph Lichtenberg`s Comment:
”A banging physical experiment is actually more valuable than a silent one…”
(1742 – 1799)
2007-05-09 Antje Orths - EWEC 2007, Milano, Italy
Limit 1: Converter Power Rating
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Active Power (p.u.)
Rea
ctiv
e P
ow
er
(p.u
.)
Qualitative PQ-Chart
of DFIG-Wind Turbines
2007-05-09 Antje Orths - EWEC 2007, Milano, Italy
Connection of Horns Rev 2 offshore park:
~15 km
~ 45 km
Limit 2: Long AC Cables
Platform Seacable Landcable
56 km
35 km
2007-05-09 Antje Orths - EWEC 2007, Milano, Italy
What makes a difference…
100%
25%25% 50%
16.7% 16.7%33.3%33.3%
100%
50% 50%
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00
0 2 4 6 8 10Number of compensating reactors
Re
ma
inin
g t
ran
sfe
r c
ap
ac
ity
[%
]2x1200 Al 1x2500 Cu
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00
0 2 4 6 8 10Number of compensating reactors
Re
ma
inin
g t
ran
sfe
r c
ap
ac
ity
[%
]2x1200 Al 1x2500 Cu
80,00
82,00
84,00
86,00
88,00
90,00
92,00
94,00
96,00
98,00
100,00
0 2 4 6 8 10Number of compensating reactors
Re
ma
inin
g t
ran
sfe
r c
ap
ac
ity
[%
]
2x1200 Al 1x2500 Cu
80,00
82,00
84,00
86,00
88,00
90,00
92,00
94,00
96,00
98,00
100,00
0 2 4 6 8 10Number of compensating reactors
Re
ma
inin
g t
ran
sfe
r c
ap
ac
ity
[%
]
2x1200 Al 1x2500 Cu
80 km cable
25 km cable
Qualitative Example
2007-05-09 Antje Orths - EWEC 2007, Milano, Italy
164
166
168
170
0.4 0.8 1.2 1.6 2.00.0[s]
Voltage offshore platform
Voltage Onshore
Voltage at Cable Ends
increase of Q [MVar]: 4 20increase of Q [MVar]: 4 20HRA: ~ rated powerHRA: ~ rated power
V > 170 kV !
=> Cable sets limit
for Q-Deliverance
Voltage offshore platform
Voltage Onshore 164
166
168
170
172
0.4 0.8 1.2 1.6 2.00.0[s]
decrease of Q [MVar]: 4 -25decrease of Q [MVar]: 4 -25
V < 165 kV !
=> Cable sets limit
for Q-Absorbtion
2007-05-09 Antje Orths - EWEC 2007, Milano, Italy
Summary
Today: control of the power system is based on control of conventional power plants
Ambitious plans for additional wind power in EU and DK
=> Wind Farm`s Contribution to System Services is essential
Possible Limiting Factors
Power- and Current Rating Limits of Power Electronic Converters
Long AC Cable Connections
These limits should be considered during planning phase
2007-05-09 Antje Orths - EWEC 2007, Milano, Italy Horns Rev
Thank you !
www.energinet.dk
top related