Controle op naleving eisen en normen voor 200 MW windpark!

Windparken moeten aan een flink aantal eisen op elektrisch gebied voldoen voordat toestemming wordt gegeven voor aansluiting op het transmissienetwerk. Elk project dat op het netwerk wordt aangesloten moet worden goedgekeurd door de transmissienetwerkbeheerder, waarbij naleving van de vereiste normen en standaarden een absolute ‘must’ is. Een windpark met een vermogen van 200 MW moest tijdens de ontwikkelfase een harmonische studie doorlopen om deze goedkeuring te krijgen van de transmissienetwerkbeheerder. De klant vroeg HyTEPS om modellering, simulatie en analyse uit te voeren om te controleren of er aan alle relevante netnormen werd voldaan. Hiervoor moest een harmonische analyse worden uitgevoerd voor individuele harmonische ordes en interharmonischen.

Simulaties tijdens ontwerpfase windturbinepark

5 maanden doorlooptijd tussen begin en einde project 1800 mogelijke configuraties geautomatiseerd 865,800 individuele harmonische load flows uitgevoerd

Uitdaging

Het modelleren van het windpark bracht de nodige uitdagingen met zich mee. Er bestaan verschillende topologieën voor windparken, elk met een ander harmonisch injectieprofel. Er moesten dus meerdere netwerktopologieën worden gedefinieerd, om een worst-case scenario analyse uit te voeren. Daarnaast is het hoogspanningsnet geen statisch systeem, maar veranderen de karakteristieken. De harmonische injectie van een windturbine verandert ook afhankelijk van het geïnjecteerde vermogen. Een volledige harmonische studie die rekening zou houden met verschillende topologiën, hoogspanningsnetconfguraties, het geïnjecteerde vermogen van elke windturbine en meerdere harmonische ordes, zou honderdduizenden simulaties vereisen. De uitdaging lag in de omvang en complexiteit van de simulatie (die meer dan een week kan duren) en de grote hoeveelheid gegevens die op conformiteit moesten worden gecontroleerd. Om de studie uit te voeren werd het volledige windmolenpark gemodelleerd in analysesoftware voor energiesystemen. Met tests en analyses werd nagegaan of het windmolenpark aan alle vereisten voldeed en geen harmonischen boven de gestelde limieten in het hoogspanningsnet injecteerde. 

Doelstellingen

  • Definiëren van netwerktopologieën van windmolenparken en mogelijke hoogspanningsnetconfguraties om een adequate representatie van harmonische injectie te verkrijgen en daarmee een nauwkeurige simulatie.
  • Definiëren van parameters en harmonischen, benodigd voor controle op harmonische conformiteit.
  • Combineren gedefinieerde netconfiguraties, parameters en netwerktopologieën voor naleving, in duizenden individuele harmonische load flow studies voor elke harmonische orde (inclusief interharmonischen).
  • Analyseren van de resultaten van harmonische load flow studies en vaststellen of uitkomsten voldoen aan de voorschriften van de netwerkbeheerder.

Oplossing

Na besprekingen met het team en de klant werden acht netwerktopologieën gekozen voor het berekenen van simulaties. Ook werd het gedrag van het net verdeeld in 75 verschillende punten voor elke harmonische orde. Drie harmonische Power Quality parameters werden gekozen voor de analyse van het windpark, en om na te gaan of aan de vereisten werd voldaan. Voor elke afzonderlijke harmonische (inclusief intra-harmonischen) moesten in totaal 865.800 harmonische load flow berekeningen worden uitgevoerd. Nadat een analoog model van het windpark met 61 windturbines was gemaakt, werden de harmonische load flow calculaties uitgevoerd. Om de efficiëntie van de simulatie en de resultatenanalyse te verbeteren, werd het volledige proces geautomatiseerd met behulp van de programmeertaal Python. De efficiëntie van de simulaties werd ook verbeterd door gebruik te maken van “parallel processing”, waarmee meerdere simulaties tegelijk kunnen worden uitgevoerd. Dit vermindert de totale tijd die nodig is voor simulaties van deze grootte. De resultaten voor elk scenario werden gecompileerd, geanalyseerd en vergeleken met de conformiteitsvoorschriften van de transmissienetbeheerder, om een volledig inzicht te krijgen in de harmonische injectie in het net voor de klant en de netbeheerder.

Resultaten

865.800 individuele simulatieresultaten werden gecontroleerd en vergeleken met de netvereisten. Zo kon de klant specifieke scenario’s aanwijzen die moeten worden vermeden. Visualisaties werden aan de klant verstrekt om inzicht in de resultaten te vergroten, en om snelle controle van scenario’s waarbij niet aan de vereisten wordt voldaan mogelijk te maken. Deze aanpak bespaart de klant tijd en moeite bij het doorzoeken van enorme hoeveelheden gegevens. Het hele project nam ongeveer vijf maanden in beslag. HyTEPS’ kennis hielp innovatieve oplossingen te vinden, zoals automatisering en parallelle verwerking, om de doorlooptijd voor simulaties aanzienlijk te verkorten.

"Feedback van de klant is uiterst positief. HyTEPS is er trots op klanten te kunnen ondersteunen bij het behalen van betere elektrische prestaties met expertise op het gebied van Power Quality, diagnoses en aanbevolen oplossingen."
Seymour Pijpers, Lead Engineer, HyTEPS.”