Coordinated Frequency Control of Wind Turbines in Power Systems with High Wind Power Penetration

摘要

Dette ErhvervsPhD projekt har udviklet reguleringsstrategier med det formål at facilitere en forøget andel af vindkraft i elektriske elforsyningssystemer. Disse reguleringsstrategier er målrettet frekvensstabilitet problemet, der kan forårsages af store andele vindkraft i elforsyningssystemet eller når elforsyningssystemet er i ø-drift. Konventionelle kraftværker er normalt ansvarlige for at regulere frekvensen i elektriske elforsyningssystemer. Med høje andele af vindkraft kan der opstå balance problemer med den aktive effekt, der vanskeliggør frekvensreguleringen. Dette forværres af, at en høj andel af vindkraft fortrænger konventionelle kraftværker fra systemet. Det er nødvendigt at finde løsninger til disse problemer for at muliggøre at betydelige mængder vindkraft kan integreres i verdens elforsyningssystemer. I dette projekt er det blevet undersøgt, hvorledes vindkraftværker kan deltage i frekvensreguleringen og hvilke egenskaber deres respons skal have. Formålet med projektet har været at finde en metodik for frekvensregulering med vindmøller, at udvikle en reguleringsarkitektur for realtidsbalancering af vindmøllernes produktion og at foreslå en metodik til at koordinere frekvensreguleringen fra vindkraftværkerne med de konventionelle kraftværkers eksisterende frekvensreserver. Det Bornholmske elforsyningssystem under ø-drift har været benyttet som et eksempel på et svagt forbundet elforsyningssystem med en betydelig andel af vindkraft. Deudviklede løsninger er blevet verificeret med en simuleringsmodel af dette system, men vil ikke desto mindre også være brugbare for et stort elforsyningssystem. De vigtigste resultater viser, at vindmøller kan bidrage til både frekvensreguleringen og frekvensstabiliteten ved at benytte en kombination af aktiv effektregulering og inertirespons. Muligheden for at lave inertirespons med vindmøller afhænger kraftigt af den øjeblikkelige vindstyrke, men responset kan forbedres ved et hensigtsmæssigt design af vindmøllens reguleringssystem. Den udviklede reguleringsarkitektur kombinerer funktionaliteter på systemniveau til at bidrage med services, der forbedrer frekvensstabiliteten i elforsyningssystemer med en høj andel af vindkraft. Den udviklede koordineringsmetode kan levere rammen for den reguleringsarkitektur, der tillader et samspil med de eksisterende frekvensreserver. Dette projekt har udviklet løsninger til at integrere vindkraftværker, understøttet fremtidige arkitekturer for elforsyningssystemer som for eksempel tilsigtet ø-drift og har bidraget med ny viden til både Vestas Wind Systems A/S og til DTU.