Temagrupp 1: Elkrafts- och styrsystem

På den elkrafttekniska sidan har skett en tydlig utveckling under den moderna vindkraftteknikens livstid. Den traditionella danska vindmöllan var konstruerad för drift med konstant varvtal och så enkelt elsystem som möjligt. Ofta satt det en kortsluten asynkrongenerator i kraftverket som anslöts till elnätet via ett tyristorbestyckat inkopplingsdon. På senare tid har system med variabelt varvtal tagit allt större marknadsandelar. Dagen stora kraftverk kör uteslutande med variabelt varvtal. Huvudskälen till detta är de minskade mekaniska påkänningarna som följer med att kunna variera varvtalet vid hårda vindar. Minskat ljud från kraftverket vid låg vind är också en viktig orsak, låga varvtal vid låg vind gör också att turbinens förmåga att omvandla vindens rörelse till mekanisk rotation blir mer effektiv. För att åstadkomma drift med variabelt varvtal används idag kraftelektroniska omvandlare, dessa ansluts mellan generatorn och elnätet för att frikoppla generatorns frekvens/varvtal från elnätets fasta 50 Hz frekvens.

Det används huvudsakligen två olika system, dubbelmatad asynkrongenerator, DFIG, och fulleffektsomriktare. Idag dominerar DFIG systemet marknaden men trenden är tydlig mot att fulleffekt omriktarna vinner marknadsandelar. De huvudsakliga skälen är att kraftelektroniken i frekvensomriktarna blir mer kostnadseffektiva och att systemet med fulleffektomriktare har större styrbarhet speciellt vid felfall på elnätet. Elnätskunskapen blir allt viktigare då nätbolagen ställer allt större krav på vindkraftverken.

De frågeställningar som finns inom Elkrafts- och styrsystem är:

  • Kan nya omriktartopologier med unik styrning vara en fördel med tanke på elkvalitet, minimala lagerströmmar, åldring av lindningarnas isolering och elektronikkomponenter?
  • Hur ser det optimala generatorsystemet ut, med hänsyn till omriktartopologi, elproduktion, styrbarhet, elkvalitet, underhåll och buller?
  • I vilken omfattning påverkar val av generatorsystem, styrningen av systemet och felfall, de mekaniska lasterna i vindkraftverket?
  • Hur kan utvecklingen av nya magnetmaterial påverka generatorkonstruktionen, kan nya krafthalvledare leda till förbättrad omriktarteknik?
  • Kan högspänd likströmsteknik vara ett bra elsystem inne i kraftverket, i uppsamlingsnätet i en vindkraftspark och för överföring av vindkraftsparkens samlade effekt till stamnätet?
  • Hur kan kraven från elnätet för att styra effekten uppfyllas och därmed kunna stödja frekvensen i nätet genom avancerad reglering av vindkraftverket och/eller vindkraftsparken?
  • Reglering av vindkraftsparker har visats vara en lovande lösning för integration av vindkraft i elnätet. Vilka regleralgoritmer kan användas och kan de implementeras på ett realistiskt sätt?

Följande projekt inom Centrumet sorteras under temagrupp 1:
TG1-2 Modeller för elektrisk drivlina för vindkraftverk
TG1-4 Modellverifiering och provning av vindkraftverk med hjälp av frekvensomriktare som testutrustning
TG1-21 Undersökning av dynamiken i vindparksystem med HVDC-anslutning

Publicerad: ti 18 aug 2015. Ändrad: ti 15 mar 2016