Vis enkel innførsel

dc.contributor.advisorUhlen, Kjetil
dc.contributor.authorLande, Georg
dc.date.accessioned2021-10-08T17:19:47Z
dc.date.available2021-10-08T17:19:47Z
dc.date.issued2021
dc.identifierno.ntnu:inspera:79771761:37919413
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/11250/2788808
dc.descriptionFull text not available
dc.description.abstractBehovet for energikilder med lavt utslipp vokser, og i fremtiden er det naturlig å se for seg et kraftsystem der fornybare energikilder utgjør en større andel av kraftproduksjonen. Den økende andelen av fornybar energi i kraftsystemet medfører nye utfordringer for kraftsystemoperatørene. Fornybare energikilder som vind- og solkraft er koblet til kraftnettet via omformere, og bidrar ikke med svingmasse til systemet. Mengden HVDC som er tilkoblet kraftsystemet er også økende. Under import til systemet, bidrar også dette til å redusere svingmassen i systemet. Ved å drifte turbiner med variabel hastighet, kan den leverte kraften fra turbinen reguleres raskere, og de kan levere syntetisk svingmasse, ved å respondere på endringshastigheten til frekvensen med en endring i levert kraft. I denne oppgaven er innvirkningen av syntetisk svingmasse på frekvensstabiliteten studert. Potensialet en variabel hastighet vindturbin, en variabel hastighet vannturbin og en HVDC kabel har til å bidra med syntetisk svingmasse er også sammenlignet og analysert. Bidraget fra syntetisk svingmasse er studert i tre forskjellige senarioer; høy systemlast, lav systemlast, og lav systemlast med redusert svingmasse, for å simulere et spådd fremtidssenario. Testsystemet i studiet er "Nordic 44 test system", som er en samlemodell av det nordiske kraftsystemet. For å studere effekten av syntetisk svingmasse fra de forskjellige kraftkildene, ble det tatt utgangspunkt i eksisterende kraftverk og HVDC-kabler i det nordiske kraftsystemet. De ble testet i å bidra med syntetisk svingmasse etter utfallet av en HVDC-kabel som importerer effekt til systemet. Vannkraftverket er Kvilldal kraftverk, vindmølle-\\parken er Fosen Vind og HVDC-kabelen er North Sea Link. Alle simuleringene er utført i et dynamisk kraftsystemssimulerings-program i Python, og modellene av turbinene og syntetisk svingmasse kontrolleren er laget ved å bruke differensialligningene som beskriver systemene. Ved å drifte turbinene på variabel hastighet, klarer de å bidra med syntetisk svingmasse. Vindturbinen er derimot ikke like kapabel til det som vannturbinen. Dette kommer av at det ikke er mulig å endre den mekaniske kraften inn til vannturbinen, noe man kan på vannturbinen. Dersom man trekker for mye energi ut av de roterende massene til vindturbinene risikerer man å stoppe turbinen, noe som må unngås og begrenser bidraget til syntetisk svingmasse. Sammenlignet med turbinene, er HVDC veldig godt egnet til å bidra med syntetisk svingmasse, ettersom alle omformerne som trengs allerede er tilstede. Ved å bidra med syntetisk svingmasse, bedres frekvensfallet ved utfallet av HVDC-kabelen.
dc.description.abstractWith a growing demand for low emission energy sources, renewable power sources are likely to make up a larger share of the total power supply in the future power system. The increasing amount of renewable power introduces new challenges for the transmission system operators. By connecting power sources like wind and solar to the grid using converters, they do not contribute to the inertia of the system, as they are decoupled from the electric frequency of the grid. At the same time the amount of high-voltage direct current (HVDC) links connecting the Nordic power system to other grids is increasing. When importing power, this also contributes to a lower system inertia. By operating turbines at variable speed, the power output can be controlled faster, and they are able to provide synthetic inertia by responding to the rate of change of frequency with a change in power output. In this thesis the influence on power system stability when operating turbines at variable speed and providing synthetic inertia is studied. The ability of variable speed wind turbines (VSWT), variable speed hydro power (VSHP) and HVDC to provide synthetic inertia is also compared and analyzed. The synthetic inertia provision is studied in three different scenarios; high system load, low system load, and finally low system load with a decreased system inertia to simulate a predicted future scenario. The system used in the study is the Nordic 44 test system, which is an aggregated model of the Nordic power system. In order to study the effects of the different power sources providing synthetic inertia, existing power plants and HVDC links in the Nordic power system are modelled to emulate inertia, following the outage of a HVDC link importing power to the system. The variable speed hydro plant is Kvilldal power plant in southern Norway, the wind farm is Fosen Vind located in central Norway, and the HVDC link is the North Sea Link in southern Norway. All simulations are performed in a dynamic power system simulation tool in Python, and models of the variable speed turbines and synthetic inertia controller are built using the differential equations describing them. By operating the turbines at variable speed, they are able to provide synthetic inertia. The wind turbine is however not as suited as the hydro turbine, as the wind turbines do not have governors to increase the mechanical power input, and the risk of stalling the wind turbines limits the synthetic inertia contribution. Compared to the turbines, the VSC based HVDC is very well suited to provide synthetic inertia, as the required converters are already in place. By providing synthetic inertia, the nadir of the system frequency is improved.
dc.languageeng
dc.publisherNTNU
dc.titleSynthetic Inertia Provision from Variable Speed Turbines and HVDC in the Nordic Power System
dc.typeMaster thesis


Tilhørende fil(er)

FilerStørrelseFormatVis

Denne innførselen finnes i følgende samling(er)

Vis enkel innførsel