Konformitätsprüfung für 200-MW-Windpark!

Windparks müssen eine ganze Reihe Anforderungen in Bezug auf die Elektronik erfüllen, bevor sie an das Übertragungsnetz angeschlossen werden dürfen. Jedes Projekt, das ans Netz angeschlossen wird, muss vom Übertragungsnetzbetreiber genehmigt werden; dabei ist die Einhaltung der vorgeschriebenen Normen und Standards ein absolutes Muss. Für einen Windpark mit einer Leistung von 200 MW musste in der Entwicklungsphase eine Oberschwingungsstudie durchgeführt werden, um die Genehmigung des Übertragungsnetzbetreibers zu erhalten. Der Kunde beauftragte HyTEPS mit der Modellplanung, Simulation und Analyse, um die Einhaltung aller relevanten Netzstandards zu überprüfen. Dafür musste eine Analyse der Oberschwingungen für einzelne harmonische Ordnungen und Zwischenharmonische durchgeführt werden.

Simulaties tijdens ontwerpfase windturbinepark

5 Monate – Zeitraum Projektbeginn bis -ende 1800 – mögliche Konfigurationen automatisiert 865.800 – Durchführung einzelner harmonischer Lastflüsse

Herausforderung

Zur Durchführung dieser Studie wurde der gesamte Windpark in einer Software zur Energiesystemanalyse nachgestellt. Tests und Analysen wurden zur Bestimmung durchgeführt, ob der Windpark alle Anforderungen erfüllt und keine Oberschwingungen oberhalb der festgelegten Grenzwerte in das Hochspannungsnetz einspeist.

Die Modellierung des Windparks war jedoch mit einer Reihe von Herausforderungen verbunden. Verschiedene Windpark-Topologien weisen jeweils ein unterschiedliches Oberschwingungsprofil auf. Daher mussten mehrere Netztopologien definiert werden, um eine Analyse zum schlimmsten Fall (Worst Case) durchführen zu können. Außerdem ist das Hochspannungsnetz kein statisches System, weil sich dessen Eigenschaften ändern. Die Oberschwingungseinspeisung einer Windkraftanlage ändert sich auch in Abhängigkeit von der eingespeisten Leistung.

Eine vollständige Oberschwingungsstudie, die verschiedene Topologien und Hochspannungsnetzkonfigurationen sowie die eingespeiste Leistung jeder Windturbine und mehrere Oberschwingungsordnungen berücksichtigen würde, würde Hunderttausende von Simulationen erfordern. Die Herausforderung liegt im Umfang und in der Komplexität der Simulation (die mehr als eine Woche dauern kann) und in der großen Menge an Daten, die auf ihre Konformität überprüft werden müssen.

Ziele

  • Festlegung von Netztopologien von Windparks und möglichen Hochspannungsnetzkonfigurationen zum Erhalt einer angemessenen Darstellung der Oberwelleneinspeisung und damit einer genauen Simulation
  • Festlegung von Parametern und Oberschwingungen, die für die Prüfung der Einhaltung von Oberschwingungen erforderlich sind
  • Kombination definierter Netzkonfigurationen, Netztopologien und Konformitätsparameter in Tausenden individueller harmonischer Lastflussstudien für jede harmonische Ordnung (einschließlich Zwischenharmonische)
  • Analyse der Ergebnisse harmonischer Lastflussstudien und Bestimmung, ob die Ergebnisse den Anforderungen des Netzbetreibers entsprechen

Die Lösung

Nach Gesprächen mit dem Team und dem Kunden wurden acht Netztopologien für die Simulation ausgewählt. Außerdem wurde das Verhalten des Netzes in 75 verschiedene Punkte für jede harmonische Ordnung unterteilt. Für die Analyse des Windparks und die Überprüfung, ob die Anforderungen erfüllt werden, wurden drei harmonische Stromqualitätsparameter ausgewählt. Für jede einzelne Oberschwingung (einschließlich Intraharmonische) mussten insgesamt 865.800 Oberschwingungslastflussberechnungen durchgeführt werden.

Nach der Erstellung eines analogen Modells des Windparks mit 61 Windturbinen wurden die harmonischen Lastflussberechnungen durchgeführt. Um die Effizienz der Simulation und der Ergebnisanalyse zu verbessern, wurde der gesamte Prozess mithilfe der Programmiersprache Python automatisiert. Die Effizienz der Simulationen wurde auch durch den Einsatz der „Parallelverarbeitung“ verbessert, mit der mehrere Simulationen gleichzeitig durchgeführt werden können. Dadurch verringert sich die Gesamtzeit, die für Simulationen dieser Größenordnung erforderlich ist.

Die Ergebnisse für jedes Szenario wurden zusammengestellt, analysiert und mit den Anforderungen des Übertragungsnetzbetreibers verglichen, um dem Kunden und dem Netzbetreiber ein vollständiges Bild über die Oberwelleneinspeisung in das Netz zu vermitteln.

Ergebnisse

865.800 einzelne Simulationsergebnisse wurden überprüft und mit den Netzanforderungen verglichen. Das ermöglichte es dem Kunden, bestimmte Szenarien zu bestimmen, die vermieden werden sollten. Dem Kunden wurden optische Darstellungen zur Verfügung gestellt, um das Verständnis der Ergebnisse zu verbessern und eine schnelle Überprüfung von Szenarien zu ermöglichen, in denen die Anforderungen nicht erfüllt werden. Dieser Ansatz erspart dem Kunden Zeit und Mühe bei der Suche in großen Datenmengen. Das gesamte Projekt dauerte etwa fünf Monate. Das Wissen von HyTEPS trug dazu bei, innovative Lösungen zu finden, z. B. Automatisierung und Parallelverarbeitung, um die Simulationsvorlaufzeiten erheblich zu senken. Das Feedback der Kunden ist äußerst positiv. HyTEPS ist stolz darauf, Kunden bei der Verbesserung der elektrischen Leistung auf der Grundlage von Fachwissen zur Stromqualität, Diagnosen und empfohlenen Lösungen zu unterstützen.

 

"Das Kundenfeedback war äußerst positiv. HyTEPS ist stolz darauf, Kunden mit Fachwissen in den Bereichen Stromqualität, Diagnose und empfohlenen Lösungen dabei zu unterstützen, eine bessere elektrische Leistung zu erzielen."
Seymour Pijpers, Lead Engineer, HyTEPS.