Modeling, control, and dynamic stability analysis of two-stage dc collector grids in offshore wind park clusters

Sidik, Yohan Fajar; de Doncker, Rik W. (Thesis advisor); Thiringer, Torbjörn (Thesis advisor)

1. Auflage. - Aachen : E.ON Energy Research Center, RWTH Aachen University (2022)
Buch, Doktorarbeit

In: E.ON Energy Research Center ; Ausgabe : PGS, Power Generation and Storage Systems 107
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021

Kurzfassung

Die Entwicklung leistungselektronischer Technologien ermöglicht es, elektrische Übertragungs- und Verteilungssysteme auf der Grundlage einer Gleichstromtechnologie (DC) zu bauen. Die Standardlösung für die lange Unterwasser-Stromübertragungsleitung von Offshore-Windparks nutzt Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ, engl. HVDC). Das bestehende DC-Kollektornetz, das den Offshore-Windpark und das HGÜ verbindet, basiert jedoch weiterhin auf Mittelspannungs-Wechselstrom (engl. MVAC). Der Wirkungsgrad des Offshore-Windparksystems kann durch den Einsatz von Mittelspannungs-Gleichstrom-Übertragung (MGÜ, engl. MVDC) als Kollektornetz weiter gesteigert werden. Bisher untersuchte die Forschung am DC-Kollektornetz für den Offshore-Windpark Konfigurationen, Wirkungsgrade und Hauptkomponenten. Die vielversprechende Konfiguration ist ein zweistufiges DC-Kollektornetz, das eine zusätzliche Plattform benötigt, um die Gleichspannungen zu erhöhen. Diese Arbeit untersucht die dynamische Systemstabilität des zweistufigen DC-Kollektornetzes für einen Offshore-Windpark. Eine komplette Schaltung auf Basis von Komponenten-/Schaltmodellen wird aufgebaut, um Simulationen im Zeitbereich unter verschiedenen Betriebsbedingungen durchzuführen. Darüber hinaus werden Frequenzbereichssimulationen mittels impedanzbasierter Analyse als Werkzeug zur Analyse der Systemstabilität entwickelt. Im ersten Teil wird eine Beschreibung des Offshore-Windparks auf Basis der DC-Technologie vorgestellt. Als nächstes werden Komponenten des zweistufigen DC-Kollektornetzes modelliert. Das sind eine Windkraftanlage, ein Generator, einen maschinenseitigen Stromrichter (engl. MSC), ein Kabel und ein Offshore-Umrichterplattform (engl. OPC). Die Modellierungsmethode ist eine komponentenbasierte Modellierung. Für Stromrichter, den MSC und den OPC, wird diese komponentenbasierte Modellierung auch als Schaltmodell bezeichnet. Reglerstrategien von Konvertern werden ebenfalls vorgestellt. Im zweiten Teil werden Impedanzmodelle für Frequenzbereichssimulationen mittels impedanzbasierter Analyse entwickelt. Schließlich bewerten sowohl Zeitbereichs- als auch Frequenzbereichssimulationen die Systemstabilität unter verschiedenen Betriebsbedingungen. Beide Simulationsergebnisse werden verglichen, um einen Einblick in das dynamische Verhalten des Offshore-Windparks auf Basis des zweistufigen DC-Kollektornetzes zu erhalten. Die Vereinbarungen zwischen beiden Ansätzen zeigen, dass mit der (linearisierten) impedanzbasierten Analyse die Stabilität eines zweistufigen DC-Kollektornetzes für einen großen Windpark analysiert werden kann.

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