Upload
others
View
7
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Bild zuschneiden unter:
- Format
- Zuschneiden
- Zuschneidewerkzeug
horizontal bis zur
ersten oder zweiten
Linie ziehen
Grid Emulation for Wind Turbine Drivetrain Testing
Anica Berthold, M.Sc.
Nurhan Rizqy Averous, M.Sc.
Grid emulation at CWD | Anica Berthold & Nurhan Rizqy Averous |
CWD-ACS/PGS | 25.04.2017
Agenda
2 of 20
Summary 4
Tests with Research Turbine 3
Setup Overview 2
Center for Wind Power Drives 1
Grid emulation at CWD | Anica Berthold & Nurhan Rizqy Averous |
CWD-ACS/PGS | 25.04.2017
Agenda
3 of 20
Summary 4
Tests with Research Turbine 3
Setup Overview 2
Center for Wind Power Drives 1
Grid emulation at CWD | Anica Berthold & Nurhan Rizqy Averous |
CWD-ACS/PGS | 25.04.2017
Center for Wind Power Drives
4 of 20
Grid emulation at CWD | Anica Berthold & Nurhan Rizqy Averous |
CWD-ACS/PGS | 25.04.2017
Agenda
5 of 20
Summary 4
Tests with Research Turbine 3
Setup Overview 2
Center for Wind Power Drives 1
Grid emulation at CWD | Anica Berthold & Nurhan Rizqy Averous |
CWD-ACS/PGS | 25.04.2017
4 MW system level test bench – Overview
6 of 20
User
Interface
RTDS
DC-Link 20 kV
1 DOF
5 DOF
=
10kV Grid
_
Prime Mover
Load Unit Controller HIL
Wind
HIL Grid
PCC
Research WTG Controller
-
Control
Units
n
set
point
Recuperation
Loop
=
DUT-Transformer
U,I
_ _
Grid emulation at CWD | Anica Berthold & Nurhan Rizqy Averous |
CWD-ACS/PGS | 25.04.2017
Grid Emulator
Power-Electronic Based
7 of 20
• Interleaved medium-voltage converters
• Programmable short-circuit impedance
• Key specification
Parameter Value
Nominal PCC voltage 20 kV
Nominal PCC power 1) 6 MVA
Voltage THD @ nominal voltage < 5%
Frequency 50 Hz & 60 Hz
1) Short-time overload possible
Filter Trafo
Grid emulation at CWD | Anica Berthold & Nurhan Rizqy Averous |
CWD-ACS/PGS | 25.04.2017
Fault Ride Through (FRT-)Tests
8 of 20
Advantage of the power-
electronic-based grid
emulator:
• Capability to generate random
voltage dips
• Possibility to combine with a real
time simulation for a PHIL setup
Converter based FRT dip
FRT container
Grid emulation at CWD | Anica Berthold & Nurhan Rizqy Averous |
CWD-ACS/PGS | 25.04.2017
Connection of the Real Time Simulator
9 of 20
Real time lab at
ACS
Targ
et valu
es
grid b
ehavio
r
Measure
d v
alu
es
of D
UT
at P
CC
Real time
communication
interface at ACS
real time lab
Grid emulator
CWD test bench
PCC
Measure
d
valu
es a
t P
CC
Communication line
ACS lab –
CWD test bench
Overview of the connection of the real time simulator
Real time
communication
interface at
CWD test bench
Refe
rence
valu
e g
rid
em
ula
tor
2 km fiber optic cable
500 µs
Loop
Grid emulation at CWD | Anica Berthold & Nurhan Rizqy Averous |
CWD-ACS/PGS | 25.04.2017
Project FVA Nacelle
10 of 20
Funding
BMWi – 6. Energieforschungsprogramm
Duration: 1.1.2015 – 31.12.2017
Volume ~ 6 Mio. €
Grid emulation at CWD | Anica Berthold & Nurhan Rizqy Averous |
CWD-ACS/PGS | 25.04.2017
Agenda
11 of 20
Summary 4
Tests with Research Turbine 3
Setup Overview 2
Center for Wind Power Drives 1
Grid emulation at CWD | Anica Berthold & Nurhan Rizqy Averous |
CWD-ACS/PGS | 25.04.2017
FVA Nacelle
Electrical Drivetrain
12 of 20
• Low-voltage full-converter concept
• Asynchronous generator
Parameter Value
Nominal power 3.06 MVA
Nominal active power 2.75 MW
LVRT SDLWindV 2009
Nominal generator speed 1100 rpm
Nominal generator torque 24.7 kNm
Grid emulation at CWD | Anica Berthold & Nurhan Rizqy Averous |
CWD-ACS/PGS | 25.04.2017
FRT Tests according to FGW TR3
13 of 20
Tolerance of the FRT voltage sag according to IEC 61400-21
Test Nr. Fault Depth
(V/V0)
Fault Duration
(ms)
1 ≤ 0.05 ≥ 150
2 0.20 – 0.25 ≥ 550
3 0.45 – 0.55 ≥ 950
4 0.70 – 0.80 ≥ 1400
Grid emulation at CWD | Anica Berthold & Nurhan Rizqy Averous |
CWD-ACS/PGS | 25.04.2017
Test Results
No-Load Tests
14 of 20
0 1 2 3 40
0.05
0.1
0.15
0.2
Frequency in kHz
Vo
ltag
e in
p.u
.
0 10 20 30 40
-1
-0.5
0
0.5
1
Time in ms
Vo
ltag
e in
p.u
.
Voltage quality
THD < 3.3%
Grid emulation at CWD | Anica Berthold & Nurhan Rizqy Averous |
CWD-ACS/PGS | 25.04.2017
Test Results
No-Load Tests
15 of 20
0 1 2 3 40
0.05
0.1
0.15
0.2
Frequency in kHz
Vo
ltag
e in
p.u
.
0 10 20 30 40
-1
-0.5
0
0.5
1
Time in ms
Vo
ltag
e in
p.u
.
Voltage quality Voltage dips
Voltage dynamic complies
IEC 61400-21 (grey area)
THD < 3.3%
Grid emulation at CWD | Anica Berthold & Nurhan Rizqy Averous |
CWD-ACS/PGS | 25.04.2017
Test Results
Fault-Ride-Through (FRT) Tests
16 of 20
5% symmetrical voltage dip
minimum influence on the shaft
Grid emulation at CWD | Anica Berthold & Nurhan Rizqy Averous |
CWD-ACS/PGS | 25.04.2017
Test Results
DUT Trafo saturation
17 of 20
• Due to an abrupt voltage change
• Depending on the fault-voltage
waveform
Saturation might
not be observed
Saturation
observed
Transformer
saturates
Grid emulation at CWD | Anica Berthold & Nurhan Rizqy Averous |
CWD-ACS/PGS | 25.04.2017
Agenda
18 of 20
Summary 4
Tests with Research Turbine 3
Setup Overview 2
Center for Wind Power Drives 1
Grid emulation at CWD | Anica Berthold & Nurhan Rizqy Averous |
CWD-ACS/PGS | 25.04.2017
Seitenzahlen:
Die Seitenanzeige „1 von X“ ist
nicht standardmäßig in
Powerpoint verfügbar; daher
benötigen Sie dazu ein Add-In.
Das Add-In kann im
Vorlagencenter heruntergeladen
werden.
Aktivieren
Nach dem Öffnen der Vorlage,
klicken Sie mit einem Doppelklick
auf die Datei „RWTH-Addin-
Seitenzahlen“, um das Add-In zu
aktivieren. Nach dem Schließen
von Powerpoint deaktiviert es
sich automatisch wieder.
Erstellen
Gehen Sie in der Symbolleiste
auf den Tab „RWTH AddIn“ und
klicken Sie den Button. Nun
stellen sich die Seitenzahlen
automatisch ein. Falls Sie
nachträglich noch Folien
hinzufügen oder löschen, klicken
Sie einfach erneut auf den
Button, um die Seitenzahlen zu
aktualisieren.
Add-In installieren
Wenn Sie das Add-In dauerhaft
installieren möchten, damit Sie
es nicht immer anklicken
müssen, gehen Sie wie folgt vor:
1. Schaltfläche Office (für
Office 2007-2010, runder
Button oben links) bzw. auf
Datei (Office 2013)
2. „PowerPoint-Optionen“ (für
Office 2007-2010, unten
rechts) bzw. Optionen
(Office 2013)
3. Add-Ins
4. wählen Sie ganz unten bei
Verwalten: den Punkt
PowerPoint-Add Ins und
klicken Sie Gehe zu….
5. Sollte das RWTH Add In
angezeigt werden, entfernen
Sie es! Anders ist eine
dauerhafte Installierung nicht
möglich.
6. Klicken Sie auf Neu
Hinzufügen…, suchen Sie
das Add-In auf ihrem PC
raus und klicken Sie auf OK
7. Mit Schließen wird das Add-
In dauerhaft gespeichert. Sie
können es danach jederzeit
wieder entfernen
Summary
19 of 20
• Power-electronics-based grid emulator in operation
• RTDS will be integrated for a PHIL setup. Distance between RTDS and test
bench is the main challenge.
• Successfully conducted LVRT test on the newly developed research turbine
according to the standard
• Transformer saturation observed depending on the applied voltage waveform
Contacts
Center for Wind Power Drives
RWTH Aachen University
Campus-Boulevard 61
52074 Aachen
Germany
E.ON Energy Research Center
RWTH Aachen University
Mathieustraße 10
52074 Aachen
Germany