Intelligent Frequency Support for Offshore Wind
Master thesis
Date
2023Metadata
Show full item recordCollections
- Institutt for elkraftteknikk [2500]
Description
Full text not available
Abstract
Med den økende etterspørselen etter fornybare energikilder, blir vind energi mer og mer utnyttet imoderne energinett, og som et resultat kreves det at vindturbiner m˚a bidra til frekvensstøtte. Vindturbiner i en vindpark er normalt optimalisert individuelt for˚a generere den høyeste mengden energitilgjengelig, men mangler evnen til ˚a delta i frekvensstøtte som følge av dette. I tillegg kan vakeeffekten mellom vindturbiner i en vindpark utnyttes for ˚a optimalisere den totale genererte kraftentil hele vindparken s˚a vel som den potensielle kinetiske energien fra rotasjonsbladene. I denne masteroppgaven foresl˚as ulike kontrollstrategier med m˚al om ˚a optimalisere generert energi, maksimerekinetisk energi tilgjengelig i rotoren og en strategi basert p˚a ˚a avlaste vindparken samtidig somden kinetiske energien maksimeres. Optimaliseringsstrategien er basert p˚a regulering av rotasjonshastigheten til turbinen og turbin-blad-vinkel-variablene til turbinen. En ikke-null-vinkelbasertkontroll og en null-vinkel-basert kontrollmetode benyttes, hvor hver metode kan maksimere kraftenog kinetisk energi i vindparken henholdsvis ved ˚a bruke turbin-blad-vinkel-kontrolleren og utnyttevake-effekten mellom oppstrøms og nedstrøms vind turbiner. I større vindparken kan mengdenvariabler være for stor til ˚a optimalisere effektivt og raskt nok. For ˚a løse problemet, er en metodefor ˚a gruppere turbinene i grupper basert p˚a vindretningen foresl˚att, hvor turbiner i samme gruppegis samme rotorhastighet og turbin-blad-vinkel variabler. Hver kontrollmetode er beskrevet gjennom en litteraturgjennomgang og testet gjennom simulering for en under-/overfrekvenshendelse,og frekvensrespons, aktiv effekt og kinetisk energi m˚ales. With the increasing demand for renewable energy sources, wind energy is becoming more andmore utilized in modern energy grids, and as a result, wind turbines (WT)s are required to aidin frequency support. WTs in a wind farm (WF) are normally optimized individually in order togenerate the highest amount of power available, but lack the ability to participate in frequencysupport as a result. Additionally, the wake interaction between WTs in a WF can be exploitedin order to optimize the total generated power of the entire WF as well as the potential kineticenergy from the rotational blades. In this master thesis, different control strategies are proposedwith the goal of optimizing generated power, maximizing kinetic energy available in the rotor anda de-loaded power strategy while maximizing the kinetic energy. The optimization strategy isbased on regulating the rotor speed and the pitch angle variables of the turbine. A non-zero-pitchangle-based control and a zero-pitch-angle-based control method is utilized, where each methodcan maximize the power and kinetic energy in the WF respectively by utilizing the pitch controllerand exploiting the wake interaction between upstream and downstream WTs. In larger WFs,the amount of variables can be too large to optimize effectively and quick enough. In order tosolve the problem, a method of clustering the WTs into groups based on the wind direction isproposed, where WTs in the same group are given the same rotor speed and pitch angle references.Each control method is described through a literature review and tested through simulation for anunder/over-frequency event, and frequency response, active power and kinetic energy is measured.