Tässä diplomityössä on tarkasteltu pieniä, nimellisteholtaan 10 kW... 100 kW tuulitur- biineja ja niihin kohdistuvia standardien ja käyttökohteiden asettamia vaatimuksia ha
jautetun sähköntuotannon yhteydessä. Markkinakatsausten perusteella pienen kokoluo
kan tuuliturbiinit yleistyvät kovaa vauhtia ympäri maailmaa. Pienten tuuliturbiinien markkinat jakautuvat useaan segmenttiin, joista voidaan selvästi erottaa muutaman ki
lowatin ”kotikäyttöön” tarkoitetut sovellukset ja suuremmat, esimerkiksi osaksi saare- keverkon sähköntuotantoa tarkoitetut tuuliturbiinit.
Tuuliturbiinien teknologia on vuosien mittaan kehittynyt ja muuttunut. Tehoelektronii
kan kehittyminen ja halpeneminen on mahdollistanut taajuusmuuttajien hyödyntämisen perinteisen suoraan verkkoon liitetyn epätahtigeneraattorin sijaan. Kaksoissyötetyn epä- tahtigeneraattorin tai kokonaan taajuusmuuttajan kautta verkkoon liitetyn kestomagneet- tigeneraattorin käytön etuna on se, että tuuliturbiinin roottorin pyörimisnopeus voi vaih
della. Tällöin tuulen energia saadaan optimaalisesti hyödynnettyä.
Pienten tuuliturbiinien kokoluokassa markkinoilla on pääosin kokonaan taajuusmuutta
jan kautta syötettyjä malleja tai edelleen epätahtigeneraattoreita. DFIG-tuuliturbiinilla saavutetaan lisää säädettävyyttä ja parempi energiantuotantokyky kuin pelkällä epätah- tigeneraattorilla. Toisaalta taajuusmuuttajaa ei tarvitse mitoittaa koko nimellisteholle, jolloin sovelluksesta tulee edullisempi. Kun generaattorin nimellisteho on alle 100 kW, voi kuitenkin DFIG-sovelluksen edukkuutta verrattuna kokonaan taajuusmuuttajalla syötettyyn kestomagneettigeneraattoriin nähden epäillä. Nykyisin käytössä olevat tuuli- turbiinit ovat etenkin suurissa sovelluksissa valtaosin vaaka-akselisia, mutta pienemmis
sä sovelluksissa käytetään usein myös pystyakselisia malleja.
Samalla kun hajautetun sähköntuotannon määrä sähköverkossa kasvaa, täytyy sille myös asettaa monipuolisempia vaatimuksia. Näin taataan sähköverkon toiminnan luo
tettavuus, turvallisuus ja sähkön laatu. Laitevalmistajien kannalta on varmasti tärkeää, että vaatimukset perustuvat ennakoitavasti yleisiin standardeihin. Hajautettuun tuotan
toon liittyvät standardit ovat kehittyneet viime vuosina. Kehitystyö tulee varmasti jat
kumaan mm. hallittuun saarekekäyttöön liittyvien tilanteiden osalta.
Pienten tuuliturbiinien verkkoon liittämistä koskevat määräykset ja standardit ovat pää
osin samoja, jotka kohdistuvat yleisesti hajautetun energiantuotannon yksiköihin. Useis
sa kirjallisuuslähteissä esteenä hajautetun energiantuotannon yleistymiselle nähdään kuitenkin standardien ja määräysten keskeneräisyys tai puuttuminen.
Merkittävä tutkimuksen ja pohdinnan aihe ovat hajautettuun sähköntuotantoon liittyvät suojauskysymykset. Tuotantoyksikön koosta ja tyypistä riippuu, mikä on sen vaikutus sähköverkon vikavirtoihin. Useasti myös saarekekäyttöön liittyvät kysymykset katso
taan keskeisiksi, esimerkiksi turvallisuusnäkökohtien kannalta. Verkossa oleva tuulitur- biini ei saa jäädä hallitsemattomasti syöttämään muusta sähköverkosta erilleen joutunut
ta verkon osaa. Saareketilanteen havaitseminen saattaa kuitenkin olla hankalaa. Hanka
lin mahdollinen tilanne on, jos hajautetun tuotannon yksikkö sattuu syöttämään verk
koon tehoa juuri samassa verkon osassa olevan kuorman tarvitseman määrän. Kuten tehdyissä simuloinneissakin havaittiin, tässä tilanteessa saarekkeeksi ajautuminen ei näy kovinkaan merkittävänä muutoksena esimerkiksi verkkotaajuudessa. Standardit kuiten
kin vaativat saarekekäytön eston toimimista jo muutamassa sekunnissa.
Pienten tuulivoimaloiden mahdollinen sovelluskohde on saarekeverkoissa, joissa perin
teisesti sähköntuotanto on tapahtunut dieselgeneraattorien avulla. Tuuli turbiinin käytöl
lä voidaan vähentää polttoaineen kulutusta ja monilla syrjäseuduilla vähentää näin riip
puvuutta hankalistakin polttoainekuljetuksista. Joissain tilanteissa tuulivoiman osuus järjestelmän hetkellisestä tehosta saattaa olla hyvinkin suuri. Tämä on vaativaa järjes
telmän säädön kannalta.
Tuulen vaihtelun aiheuttamia tuotannon muutoksia voidaan tasoittaa energi av arastoilla, kuten esimerkiksi vauhtipyörillä. Toisaalta tilanteissa, joissa tuulivoiman tuotanto on tarvetta suurempi, voidaan käyttää hyväksi myös erilaisten hyötykuormien kytkemistä verkkoon. Tällaisilla toimenpiteillä saarekeverkko voidaan pitää stabiilina. Simuloin
neissa verkon taajuus- ja jänniteheilahtelujen havaittiin pienenevän, kun verkkoon lisät
tiin kuorma, jonka suuruus riippui verkkotaajuudesta. Saarekeverkoissa saattaa myös esiintyä tilanteita, joissa tuulivoiman tuotantoa voidaan joutua rajoittamaan verkon sta
biiliuden vuoksi.
Runsaan tutkimustyön kohteena olevilla microgrideilla pyritään hajautetun sähköntuo
tannon hyötyjen lisäämiseen. Microgrid voi toimia osana yleistä sähkönjakeluverkkoa, mutta irrota myös tarvittaessa omaksi itsenäiseksi saarekeverkokseen. Toimintatapa pa
rantaisi sähkön toimitusvarmuutta. Tuotantoyksiköiden ja energiavarastojen hallinta voidaan toteuttaa microgridissa hajautetusti tai keskitetysti. Simuloinneissa käytetty hybridiverkkomalli on hallittu hajautetusti siten, että dieselgeneraattori on verkossa hal
litseva fyysinen tuotantoyksikkö. Tällä ohjaustavalla päästiin melko hyviin tuloksiin jännitteen ja taajuuden muutosten kannalta, kun tuulivoiman osuus kuorman tarvitse
masta kokonaistehosta on pieni.
Tilanteet, joissa tuulivoiman osuus kasvaa suureksi ja ylittää jopa tehon kokonaistar
peen, vaativat esimerkiksi tuuliturbiinin alassäätöä. Toiminto edellyttää kuitenkin sitä, että tuuliturbiinin ohjausjärjestelmällä on käytettävissään tietoa sähköverkon tehotasa- painosta. Simuloinnissa tämä ratkaistiin viemällä tieto dieselgeneraattorin alhaisesta kuormitusasteesta tuuliturbiinin ohjaukselle.
Hajautetussa sähköntuotannossa toimivan pienen tuuliturbiinin on täytettävä verkkoon- liityntäpisteessä monia sähköverkon suojauksen vaatimuksia. Käytännössä tämä tarkoit
taa joko erillisten suojatoimintolaitteiden käyttöä tai näiden toimintojen yhdistämistä tuuliturbiinin taajuusmuuttajaan. Edellytyksenä on ainakin verkon sähköisten suureiden, kuten impedanssin, tarkkailu. Toistaiseksi hajautetun tuotannon ei yleisesti vaadita osal
listuvan jännitteen säätöön tai tukevan verkkoa loistehontuotannolla. Kantaverkko- operaattorien edellyttämiä jännitekuoppien ride-through-vaatimuksia ei myöskään koh
distu suoraan hajautetulle tuotannolle. Pienen tuuliturbiinin ostajan kannalta kokonais
valtainen ratkaisu on periaatteessa yksinkertaisempi. Kun kyseessä on saarekeverkko, taajuusmuuttajan tietoliikennevalmiudet lisäävät järjestelmän keskitetyn ohjauksen mahdollisuuksia.
L
ähteetAckermann, T. (toim.). 2005. Wind Power in Power Systems. Chichester, West Sussex, England: John Wiley & Sons, Ltd. ISBN: 0-470-85508-8.
AWEA. 2008. AWEA Small Wind Turbine Global Market Study, Year Ending 2008.
[Online]. American Wind Energy Association (AWEA). [Viitattu 20.10.2009]. Saata
vissa:
http://www.awea.org/smallwind/pdf/2008 AWEA Small Wind Turbine Global Mark et Study.pdf
Baring-Gould, E. I. & Dabo, M. 2009. Technology, performance and market report of wind-diesel applications for remote and island communities. Teoksessa: Scientific Pro
ceedings, European Wind Energy Conference & Exhibition (EWEC) 2009. Marseille, France. 16.-19.3.2009. EWE A. S. 17-22. Saatavissa:
http://www.ewec2009proceedings.info/proceedings/EWEC2009Scientific %20Proceed ings.pdf. [Viitattu 22.9.2009].
Barnes, M. & Kondoh, J. & Asano, H. Oyarzabal, J. & Ventakaramanan, G. & Lasseter, R. & Hatziargyriou, N. & Green, T. 2007. Real-World MicroGrids - An Overview.
Teoksessa: System of Systems Engineering, 2007. SoSE '07. IEEE International Con
ference on. San Antonio, Texas, USA. 16.-18.4.2007. ШЕЕ. ISBN: 1-4244-1160-2.
DOI: 10.1109/SYSOSE.2007.4304255. [Viitattu 22.9.2009].
Bolund, В. & Bemhoff, H. & Lei] on, M. 2007. Flywheel energy and power storage sys
tems. Renewable and Sustainable Energy Reviews. [Verkkolehti]. Vol. 11:2. S. 235- 258. [Viitattu 25.9.2009]. DOI: 10.1016/j.rser.2005.01.004. ISSN: 1364-0321.
Boutsika, T. N. & Papathanassiou, S. A. 2008. Short-circuit calculations in networks with distributed generation. Electric Power Systems Research. [Verkkolehti]. Vol. 78:7.
S. 1181-1191. [Viitattu 22.9.2009]. DOI: 10.1016/j.epsr.2007.10.003. ISSN: 03787796.
Cossent, R. & Gómeza, T. & Frías, P. 2009. Towards a future with large penetration of distributed generation: Is the current regulation of electricity distribution ready? Regu
latory recommendations under a European perspective. Energy Policy. [Verkkolehti], Vol. 37:3. S. 1145-1155. [Viitattu 22.9.2009]. DOI: 10.1016/j.enpol.2008.11.011.
ISSN: 03014215.
DIgSILENT GmbH. 2003. Technical Document: Dynamic Modelling of Doubly-Fed Induction Machine Wind-Generators. [Online], DIgSILENT GmbH. [Viitattu
22.9.2009]. Saatavissa: http://www.digsilent.de/images/Companv/news/DFIGRevl.pdf
Djapic, P. & Ramsay, C. & Pudjianto, D. & Strbac, G. & Muíale, J. & Jenkins, N. &
Allan, R. 2007. Taking an active approach. Power and Energy Magazine, IEEE. [Verk- kolehti], Vol. 5:4. S. 68-77. [Viitattu 22.9.2009]. DOI: 10.1109/MPAE.2007.376582.
ISSN: 1540-7977.
EcoPower EEC. 2006. Vertical Axis Wind Turbine (VAWT). [Online], EcoPower EEC.
[Viitattu 22.9.2009]. Saatavissa: http://www.ecopowerusa.com/vawt.html
Elovaara, J. & Laiho, Y. 1999. Sähkölaitostekniikan perusteet. 4. korj. p. Helsinki: Ota- tieto. 487 s. ISBN: 951-672-285-7.
EWEA. 2009a. Wind Energy - The Facts. [Online], European Wind Energy Association (EWEA). [Viitattu 20.10.2009]. Saatavissa:
http://www.ewea.org/fileadmin/ewea documents/documents/publications/WETF/1565 ExSum ENG.pdf
EWEA. 2009b. Wind Energy - The Facts, Chapter 6: Small Wind Turbines. [Online].
European Wind Energy Association (EWEA). [Viitattu 20.10.2009]. Saatavissa:
http://www.wind-energy-the-facts.org/en/part-i-technology/chapter-6-small-wind-turbines/
Fesquet, F. & Juston, P. & Garzulino, I. 2003. Impact and limitation of wind power generation in an island power system. Teoksessa: Power Tech Conference Proceedings, 2003 1F.F.E Bologna. Vol. 3. Bologna, Italy. 23.-26.6.2003. ШЕЕ. S. 286-292. ISBN: 0- 7803-7967-5. DOI: 10.1109/PTC.2003.1304461. [Viitattu 22.9.2009].
Helen Sähköverkko Oy. 2009. Ohjeet sähköä tuottavan laitteiston liittämiseksi Helen Sähköverkko Oy:n sähkönjakeluverkkoon. [Online]. Helsingin Energia, Helen Sähkö
verkko Oy. [Viitattu 20.10.2009]. Saatavissa:
http://www.helen.fi/urakoitsiiat/urakointiohieet/SU40309.pdf
ШС 61000-3-6. 2008. Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 3-6: Limits - As
sessment of emission limits for the connection of distorting installations to MV, HV and EHVpower systems. 2nd ed. Geneva, Switzerland: International Electrotechnical Com
mission (EEC). 58 s.
EEC 61400-1. 2005. Wind turbines - Part 1: Design Requirements. 3rd ed. Geneva, Switzerland: International Electrotechnical Commission (EEC). 180 s.
ŒC 61400-2. 2006. Wind turbines - Part 2: Design requirements for small wind tur
bines. 2nd ed. Geneva, Switzerland: International Electrotechnical Commission (EEC).
179 s.
ПЕС 61400-21. 2008. Wind turbines - Part 21: Measurement and assessment of power quality characteristics of grid connected wind turbines. 2nd ed. Geneva, Switzerland:
International Electrotechnical Commission (ПЕС). 120 s.
IEEE 1547. 2003. IEEE Standard for Interconnecting Distributed Resources with Elec
tric Power Systems. USA: The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.
(IEEE). 16 s.
IEEE 1547.2. 2009. IEEE Application Guide for IEEE Std 1547, IEEE Standard for In
terconnecting Distributed Resources with Electric Power Systems. USA: The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. (IEEE). 207 s.
Iglesias, I. J. & Garcia-Tabares, L. & Agudo, A. & Cruz, I. & Arribas, L. 2000. Design and simulation of a stand-alone wind-diesel generator with a flywheel energy storage system to supply the required active and reactive power. Teoksessa: Power Electronics Specialists Conference, 2000. PESC 00. 2000 ШЕЕ 31st Annual. Vol. 3. Galway, Ire
land. 18.-23.6.2000. ШЕЕ. S. 1381-1386. ISSN: 0275-9306 ISBN: 0-7803-5692-6.
DOI: 10.1109/PESC.2000.880510. [Viitattu 29.9.2009].
Katiraei, F. & Abbey, C. & Tang, S. & Gauthier, M. 2008. Planned islanding on rural feeders — utility perspective. Teoksessa: Power and Energy Society General Meeting -
Conversion and Delivery of Electrical Energy in the 21st Century, 2008 ШЕЕ. Pitts
burgh, PA, USA. 20.-24.7.2008. ШЕЕ. S. 1-6. ISSN: 1932-5517. ISBN: 978-1-4244- 1905-0. DOI: 10.1109/PES.2008.4596774. [Viitattu 22.9.2009].
Katsaprakakis, D. A. & Papadakis, N. & Kozirakis, G. & Minadakis, Y. & Christakis, D. & Kondaxakis, K. 2009. Electricity supply on the island of Dia based on renewable energy sources (R.E.S.). Applied Energy. [Verkkolehti]. Vol. 86:4. S. 516-527. [Viitattu 22.9.2009]. DOI: 10.1016/j.apenergy.2008.07.013. ISSN: 03062619.
Kumpulainen, L. & Ristolainen, I. 2006. Sähkönjakeluverkon ja siihen liitetyn hajaute
tun tuotannon sähköteknisen suojauksen kehittäminen. Projektiraportti. Suomi: VTT.
144 s. (VTT-R-05644-06).
Layton, J. 2006. How Wind Power Works. [Online], HowStuffWorks.com. 9.8.2006.
[Viitattu 20.10.2009]. Saatavissa: http://science.howstuffworks.eom/wind-power2.htm#
Lundsager, P. & Bindner, H. & Clausen, N. & Frandsen, S. & Hansen, L. H. & Hansen, J. C. 2001. Isolated Systems with Wind Power, Main Report. Roskilde, Denmark: Risø National Laboratory. 72 s. (Risø-R-1256(EN)). ISBN: 87-550-2858-6, ISBN: 87-550- 2859-4 (Internet), ISSN: 0106-2840.
Machowski, J. & Bialek, J. W. & Bumby, J. R. 2008. Power system dynamics, stability, and control. Chichester, West Sussex, U.K.: Wiley. 629 s. ISBN: 978-0-470-72558-0.
Muljadi, E. & Gao, W. & Carson, R. & Zheglov, V. 2009. Dynamic simulation of a hy
brid wind power system using RPMSim. Teoksessa: Power Systems Conference and Exposition, 2009. PSCE '09. ШЕЕ/PES. Seattle, WA, USA. 15.-18.3.2009. ШЕЕ/PES.
S. 1-7. ISBN: 978-1-4244-3810-5. DOI: 10.1109/PSCE.2009.4840009.
Northern Power Systems. 2009. The Northwind 100 Wind Turbine. [Online], Northern Power Systems. [Viitattu 20.10.2009]. Saatavissa:
http://www.northempower.com/wind-power-products/northwind-100-wind-turbine.php Patel, M. R. 2006. Wind and solar power systemsdesign, analysis, and operation. Boca Raton, FL, USA: Taylor & Francis. ISBN: 978-0-8493-1570-1.
REpower Systems AG. 2009. The REpowerproduct range. [Online], REpower Systems AG. [Viitattu 20.10.2009]. Saatavissa: http://www.repower.de/index.php?id=12&L=l SFS-EN 50160. 2008. Yleisen jakeluverkon jännitteen ominaisuudet. 3.painos. Helsinki:
Suomen Standardisoimisliitto. 34 s.
SMA Technologie AG. 2007. SMA grid guard 2 - Certified in Accordance with VDE 0126-1-1 - Background, Development and Requirements of the New Standard (Techo- nology Brochure). [Online]. TECHGRID-11:AE2306. SMA Technologie AG. [Viitattu 22.9.2009]. Saatavissa: http://download.sma.de/smaprosa/dateien/3491/TECHGRID-l 1- AE2306.pdf
SMA Technologie AG. 2005. Windy Boy WB 5000A / WB 6000A Inverter for Wind En
ergy Power Plants - User Manual. [Online], WB50A_60A-11 :FE3706. Version 1.0.
SMA Technologie AG. [Viitattu 22.9.2009]. Saatavissa:
http://www.sma.de/de/produkte/windenergie-wechselrichter.html
Ten, C. F. & Crossley, P. A. 2008. Evaluation of Rocof Relay Performances on Net
works with Distributed Generation. Teoksessa: Developments in Power System Protec
tion, 2008. DPSP 2008. ШТ 9th International Conference on. Glasgow, U.K. 17.- 20.3.2008. ШТ. S. 523-528. ISSN: 0537-9989 ISBN: 978-0-86341-902-7.
UL 1741. 2005. Inverters, Converters, Controllers and Interconnection System Equip
ment for Use With Distributed Energy Resources. USA: Underwriters Laboratories Inc.
196 s.
Wizelius, T. 2007. Vindkraft i teori och praktik. 2. uppl. Lund, Sverige: Studentlittera
tur. 399 s. ISBN: 978-91-44-02660-2.
Xu, W. & Mauch, К. & Martel, S. 2004. An assessment of distributed generation islanding detection methods and issues for Canada. [Online]. CANMET Energy Tech
nology Centre - Varennes, Natural Resources Canada. [Viitattu 22.10.2009]. Saatavis
sa: http://canmetenergy-canmetenergie.nrcan-mcan.gc.ca/fichier.php/codectec/Fr/2004- 074/2004-074 e.pdf
Ye, Z. & Kolwalkar, A. & Yu, Z. & Du, P. & Walling, R. 2004. Evaluation of anti
islanding schemes based on nondetection zone concept. Power Electronics, IEEE Transactions on. [Verkkolehti], Vol. 19:5. S. 1171-1176. [Viitattu 25.9.2009].
DOI: 10.1109/TPEL.2004.833436. ISSN: 0885-8993.
Zobaa, A. F. & Cecati, C. 2006. A comprehensive review on distributed power genera
tion. Teoksessa: Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion, 2006.
SPEED AM 2006. International Symposium on. Taormina, Italy. 23.-26.5.2006. IEEE.
S. 514-518. ISBN: 1-4244-0193-3. DOI: 10.1109/SPEEDAM.2006.1649826. [Viitattu 24.9.2009].
Liite A DI
gSILENT-SIMULOINTIMALLI
Tässä liitteessä esitetään käytettyjen simulointimallien lohkokaaviot, jotka kuvaavat mallien toimintaa. Lisäksi esitetään eri mallien yhteydessä käytetyt parametrien arvot.
Simulointimallit ovat peräisin DIgSILENT Power Factoryn ohjelmakirjastosta, ja loh- kokaavioesitys on kyseisen simulointiohjelman mukainen.
DFIG-tuuliturbiinin yksinkertaistettu malli on esitetty kokonaisuutena kuvassa (Kuva A.l). Tämän jälkeen on esitetty lohkokaaviot ja käytetyt parametrit eri DFIG-mallin osista. Kaikista mallin osista lohkokaaviota ei ole olemassa, mutta näiden yhteydessä käytetyt parametrit on kuitenkin esitetty.
Kuva A.l. DFIG-tuuliturbiinin yksinkertaistettu simulointimalli.
IroLCtrl:
, Kd,Td
Kuva A.2. Roottori virran säätö.
Taulukko A.l. Roottorivirran säädön parametrit. Irot_Ctrl.
Parametri Arvo
Kd 0,0496
Td 0,0128
Kq 0,0496
Tq 0,0128
Pitch-CtrLGeneric: t
•Time Const
Kuva A.3. Lapakulmasäädön lohkokaavioesitys.
Taulukko A.2. Lapakulmasäädön parametrit. Pitch Control.
Parametri yksikkö Arvo (30 kW) Arvo (110 kW)
Kpp Blade Angle Controller Gain p.u. 150 150
Kip Blade Angle Controller Time Constant s 25 10
Tp Servo Time Constant s 0,01 0,01
dbeta_max Max. dbeta/dt deg/s 10 10
dbeta_min Min. dbeta/dt deg/s -10 -10
beta_max Max. beta deg 25 45
beta_min Min. beta deg 0 0
speed ref Speed Reference p.u. 1,2 1,2
Shaft_Gener¡c:
Kuva A.4. Tuuliturbiinin kaksiakselimalli. Herätteenä on pyyhkäisypinta-alalle kohdistuva tuulen teho (pw) ja vasteena generaattoria pyörittävä mekaaninen teho (pt).
Taulukko A.3. Tuuliturbiinin kaksiakselimallin parametrit. Shaft Parametri Arvo (30 kW) Arvo (110 kW)
H 4,02 4,02
Ptbase 0,034253 0,1141769
Pgbase 0,03 0,1
Ktg 80 80
Dtg 1,5 1,5
ombase 6,61 6,61
Speed-CtrLGeneric:
Kptrq.Kitrq
Kuva A.5. Nopeuden säädön lohkokaavio. Heräätteenä generaattorin pyörimisnopeus ja vasteena teho- ohje (Pref) taajuusmuuttajan tehonsäädölle.
Taulukko A.4. Nopeuden säädön parametrit. Speed Controller
Parametri yksikkö Arvo (30 kW) Arvo (110 kW)
Kptrq Speed Controller Proportional Gain 10 10
Kitrq Speed Controller Proportional Gain 1/s 10 10
Tpc Output Limiter Time Constant s 0,5 0,5
p_max Active Power Upper Limit p.u. 1 U
p_min Active Power Lower Limit p.u. 0 0
dp_max dP/dt Upper Limit p.u./s 99 10
dp min dP/dt Lower Limit p.uVs -99 -10
PQ Control E.ON:
Active and Reactive Power Control Rotor Side Converter
Kuva A.6. Roottorin puoleisen suuntaajan pätö-ja loistehon säätö.
Taulukko A.5. Roottorin puoleisen suuntaajan pätö-ja loistehon säädön parametrit. PQ Control
Parametri yksikkö arvo
Kp Active Power Control Gain p.u. 4
Tp Active Power Control Time Constant s 0,1
Kq Reactive Power Control Gain p.u. 4
Tq Reactive Power Control Time Constant s 0,1
deltaU Voltage Dead Band p.u. 0,1
Tudelay Voltage Support Delay s 0,01
Tbackdelay Duration of Voltage Support s 0,001
Protection:
TripVoltage Rotor Bypass
Maxi rotor, tbypass
M*$>æd1,ttripM®ei, NAtt9»a£,ttnpfvtei6aMn9œlSpeedProt
VoltageProt NteMtfagBt.ttripAAscVI, №Afotta^,tthp^ój2, MnV
Kuva A.7. Suojaustoiminto. Roottorivirran kasvu yli asetellun rajan laukaisee crowbar-toiminnon. Sa
moin generaattorin ylisuuri pyörimisnopeus tai jänniterajojen ylittyminen laukaisee suojauksen. Suojauk
sen toiminta aktivoi ko. lohkon vasteena olevan bypass-signaalin, joka käytännössä poistaa taajuusmuut- tajamallin käytöstä.
Taulukko A.6. Suojaustoiminnon parametrit. Protection
Parametri yksikkö Arvo
Maxirotor Rotor Current for Crow Bar Insertion p.u. 1,5
tbypass Crow Bar Insertion Time s 0,06
MaxSpeedl Overspeed Setting step 1 p.u. 1,5
ttripMaxSl Overspeed Time Setting step 1 p.u. 0
MaxSpeed2 Overspeed Setting step 2 p.u. 1,4
ttripMaxS2 Overspeed Time Setting step 2 p.u. 1
MinSpeedl Underspeed Setting step 1 p.u. 0,6
ttripMinS 1 Underspeed Time Setting step 1 p.u. 0
MinSpeed2 Underspeed Setting step 2 p.u. 0,7
ttripMinS2 Underspeed Time Setting step 2 p.u. 1
Max Voltage 1 Overvoltage Setting step 1 p.u. 1,5
ttripMaxVl Overvoltage Time Setting step 1 p.u. 0,1
MaxVoltage2 Overvoltage Setting step 2 p.u. 1,2
ttripMaxV2 Overvoltage Time Setting step 2 p.u. 1
MinVoltagel Undervoltage Setting step 1 p.u. 0,2
ttripMinVl Undervoltage Time Setting step 1 p.u. 1
MinVoltage2 Undervoltage Setting step 2 p.u. 0,4
ttripMinV2 Undervoltage Time Setting step 2 p.u. 2
Seuraavassa taulukossa on lueteltu DFIG-mallin Turbine-osan parametrien arvot. Tur- bine-malli laskee, mikä on tuulen synnyttämä roottorin pyörimisteho (pw) yhtälön (1) mukaisesti. Mallin interpolo! siihen syötetystä lapakulma-kärkinopeussuhde -matriisista tehokertoimen cp arvon Pitch Control -lohkon syöttämän lapakulman beta ja roottorin kärkinopeussuhteen perusteella. Taulukon parametrit sisältävät tuuliturbiinin nimelliste- hoon liittyvän skaalauksen. Parametri rhoAr on skaalattu ilmantiheuden ja pyyh- käisypinta-alan tulo. Parametri Kb on puolestaan vaihdelaatikon vaihtosuhteella huomi
oitu roottorin lavan säde.
Taulukko A.7. Turbine-lohkon parametrit.
Parametri Arvo (30 kW) Arvo (110 kW)
rhoAr 0,002013 0,001574
Kb 40,982 69,4
Taulukko A.8. Virran mittaus - Crurent Measurement
Parametri yksikkö Arvo (30 kW) Arvo (ПО kW)
Urrated Rated Rotor Voltage V 690 690
Srated Rated Apparent Power kVA 30 ПО
Taulukko A.9. MPT Maximum Power Tracker, huipputehon seurain.
Parametri Arvo
Td 5
Taulukko A.10. Compensation.
Parametri Arvo
kv 0,15
Dieselgeneraattorin malli
pcu_DEGOV1: Woodward Diesel Governor
Kuva A.8. Dieselgeneraattorin nopeudensäätö ja pätötehon säätö, mallina Woodward Diesel Governor.
Taulukko A.ll. Dieselgeneraattorin nopeudensäätimen (DEGOV1) parametrit.
Parametri yksikkö arvo
Droop_Control () 0=Throttle fdbk, l=Elec. Power fdbk 0
Tl s 5
T2 s 0,3
T3 s 0
T4 s 0,002
T5 s 0
T6 s 0,5
K Actuator Gain p.uVp.u. 0,19
TD Combustion Delay s 0,05
Droop p.u. 1
TE Time const. Power fdbk s 1
TMAX Max. Throttle p.u. -1
TMIN Min. Throttle p.u. 6
vco_ESAC5A: 1992 IEEE Type AC5A Excitation System
i
Kuva A.9. Dieselgeneraattorin jännitteen (magnetoinnin) säätö.
Taulukko A.12. VCO ESAC5A - Dieselgeneraattorin jännitteen (magnetoinnin) säädön parametrit.
Parametri yksikkö arvo
Tr Measurement Delay s 0,025
Ka Controller Gain p.u. 100
Ta Controller Time Constant s 0,1
Kf Stabilization Path Gain p.u. 0,5
Tfl Stabilization Path 1th Time Constant s 0,02
Tf2 Stabilization Path 2th Time Constant s 0,01
Tf3 Stabilization Path 3th Time Constant s 1
Te Excitor Time Constant s 0,1
Ke Excitor Constant p.u. 0,1
El Saturation Factor 1 p.u. 5
E2 Saturation Factor 3 p.u. 0,5
Sei Saturation Factor 2 p.u. 4
Se2 Saturation Factor 4 p.u. 0,4
Vrmin Controller Minimum Output p.u. -3
Vrmax Controller Maximum Output p.u. 3
Kuva АЛО. Dieselgeneraattorin säädön malli kokonaisuudessaan. Tässä työssä kuvassa näkyvää pss lohkoa ei käytetty (power system stabilizer).
Taulukko A.13. IEEEVC. Kuvan АЛО. lohkokaavioon liittyvät mallin parametrit.
Parametri yksikkö arvo
Rc Res. between machine and sensing point P-u. 0,01
Xc React, between machine and sensing point p.u. 0