Analysis of the application of a grid emulator to conduct grid compliance tests for multi-megawatt Wind turbines : a contribution towards ground testing of wind turbines

Averous, Nurhan Rizqy; de Doncker, Rik W.; Jacobs, Georg

doi:10.18154/RWTH-2021-08813

Analysis of the application of a grid emulator to conduct grid compliance tests for multi-megawatt Wind turbines : a contribution towards ground testing of wind turbines

Averous, Nurhan Rizqy^RWTH*

2020 & 2021

VerantwortlichkeitsangabeNurhan Rizqy Averous

Ausgabe1. Auflage

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2020

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

ISBN978-3-948234-09-6

ReiheE.ON Energy Research Center ; PGS, Power Generation and Storage Systems ; 95

Dissertation, RWTH Aachen University, 2020

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2021

Genehmigende Fakultät
Fak06

Hauptberichter/Gutachter
de Doncker, Rik W. (Thesis advisor)^RWTH* ; Jacobs, Georg (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2020-10-15

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2021-08813
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/826185/files/826185.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
LVRT (frei) ; flicker (frei) ; grid emulator (frei) ; wind turbine (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 621.3

Kurzfassung
Im Kontext der Laborprüfungen, um die Bereitstellung von Windenergieanlagen zu optimieren, präsentiert diese Dissertation eine umfassende Analyse der Applikation eines Netzemulators zur Durchführung der Netzverträglichkeitsprüfungen von Windenergieanlagen (WEA). Der Fokus der Dissertation liegt auf der Messung des Flickers aufgrund der Ausgangsleistungsschwankungen der WEA anlässlich der Windturbulenzen und Turmschatteneffekt sowie auf den Netzeinbruchsprüfungen (LVRT-Tests). Erstens werden die Auslegungskriterien für den Netzemulator basierend auf dem Verhalten des Prüflings sowie der regulatorische Rahmen abgeleitet. Danach wird die Applikation eines Netzemulators aus versetzt getakteten Umrichtern im Multi-Megawatt-Bereich analysiert. Neben der Auslegung der Filtereinheit, zur Erfüllung der Anforderung an die Spannungsqualität, wird in dieser Dissertation die Nachbildung einer hohen Netzimpedanz am Netzanschlusspunkt vorgestellt. Diese stellt für die Flicker-Emission und das LVRT-Verhalten von Windenergieanlagen als das Worst-Case-Szenario dar. Das Ergebnis zeigt, dass das betrachtete Netzemulatorkonzept in der Lage ist, die abgeleiteten Auslegungskriterien hinsichtlich Spannungsqualität und -dynamik zu erfüllen. Die Stabilitätsgrenze des gekoppelten Systems, zwischen dem Netzemulator und dem Prüfling, kann mittels der Information über die passiven Elemente des Prüflings prognostiziert werden. Somit können die Flickermessungen und die LVRT-Prüfungen, auf einem Windenergieanlagenprüfstand mit ausreichender Genauigkeit, durchgeführt werden.

In the context of the ground testing to streamline the deployment process of wind turbines, this thesis presents a comprehensive analysis on the application of a grid emulator to conduct grid compliance tests of wind turbines (WT). The focus of the thesis lies on the flicker measurements caused by the output power fluctuations of WTs, mainly due to the wind turbulence and the tower shadowing effect, as well as the low-voltage ride-through (LVRT) tests. Firstly, the design requirements are derived based on the behavior of the device under test (DUT) and the regulatory frameworks. Afterwards, the application of a multi-megawatt grid emulator employing interleaved multi-megawatt converters is analyzed. Next to the filter design to meet criteria on the voltage quality, the emulation of a high grid impedance at the point of common coupling (PCC) is presented in this thesis. This appears to be the worst scenario when it comes to the flicker emission and the LVRT capability of WTs. The results show that the grid emulator concept fulfills the derived design criteria in terms of the voltage quality and dynamic. The stability limit of the coupled system between the grid emulator and DUT can be well predicted by only considering the passive elements of the DUT. Hence, with the presented grid emulator, LVRT tests and flicker measurements can be conducted on a wind turbine test bench with a good accuracy.

OpenAccess:
PDF
(zusätzliche Dateien)