Performance Efficiency and Reliability Analysis of Offshore Wind Power Plants: Case Study of Utsira Nord

Abstract

Denne masteroppgaven har som m ̊al ̊a besvare spørsm ̊al som ble stilt i løpet av et spesialis- eringsprosjekt om nettarkitekturer for havvind-/offshore vindkraftverk, med et spesielt fokus p ̊a innsamlingssystemer og overføringen til land fra et offshore vindkraftverk. M ̊alet med denne forskningen er todelt.

For det første vil ytelseseffektiviteten til et offshore vindkraftverk bli analysert ved hjelp av tre relevante metoder: Newton-Raphson effektflyt, en metode kalt “Distribution Sys- tem Analysis” som benytter en “Backward/Forward Sweep”-algoritme og en kombina- torisk tilnærming. Analysen inkluderer en vurdering av ulike systemkonfigurasjoner, som bruk av konvensjonell AC-teknologi og LFAC-teknologi, samt undersøkelse av ulike innsamlingssystemtopologier. P ̊aliteligheten til disse systemkonfigurasjonene vil ogs ̊a bli vurdert ved hjelp av RELRAD-metoden.

For det andre har oppgaven som m ̊al ̊a sammenligne bruken av og resultatene fra disse metodene for ̊a etablere et grunnlag for sammenligninger. Oppgaven tilsikter til slutt ̊a reflektere over tilnærmingen som er valgt for ̊a analysere et offshore vindkrafverk.

Ved ̊a gjennomføre disse m ̊alene, ved hjelp av en relevant case-studie av Utsira Nord, tilsik- ter denne oppgaven ̊a bidra til en bedre forst ̊aelse av ytelseseffektiviteten og p ̊alitelighetsaspektene ved et offshore vindkraftverk, samt gi verdifulle innsikter for fremtidige analyser p ̊a dette omr ̊adet. I tillegg er et sentralt m ̊al med denne masteroppgaven ̊a legge grunnlaget for fremtidig forskning p ̊a evaluering av effektivitet og p ̊alitelighet ved offshore vindkraftverk ved ̊a bidra med grunnleggende kunnskap og teori.

This Master’s thesis aims to address questions raised during a specialisation project on grid architectures for Offshore Wind, with a specific focus on the collection system and transmission to shore of an offshore wind power plant. The objective of this research is twofold.

Firstly, the performance efficiency of an offshore wind power plant will be analyzed us- ing three identified relevant methodologies – a Newton Raphson-based power flow, a Backward/Forward Sweep methodology termed as Distribution System Analysis, and a combinatorial approach. This analysis includes evaluating different system configura- tions, such as the use of conventional AC-technology and LFAC-technology, while also investigating the impact of different collection system topologies. The analysis will also assess the reliability of these system configurations using the RELRAD methodology.

Secondly, this thesis aims to compare the usage and results obtained from these method- ologies in order to establish a basis for methodology comparisons. Furthermore, it seeks to reflect on the approach taken in analyzing offshore wind power plants.

By realizing these objectives, through a pertinent case study of Utsira Nord, this research seeks to contribute to a better understanding of the performance efficiency and reliability aspects of offshore wind power plants, and provide helpful insights for future analyses in this field. Moreover, a key aspiration of this Master’s Thesis is to provide founda- tional knowledge and theory that can serve as a basis for potential future research on performance efficiency and reliability evaluations of offshore wind power plants.