Grid Emulation for Wind Turbine Drivetrain Testing · • Power-electronics-based grid emulator in operation • RTDS will be integrated for a PHIL setup. Distance between RTDS and

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Grid Emulation for Wind Turbine Drivetrain Testing

Anica Berthold, M.Sc.

Nurhan Rizqy Averous, M.Sc.

Grid emulation at CWD | Anica Berthold & Nurhan Rizqy Averous |

CWD-ACS/PGS | 25.04.2017

Agenda

2 of 20

Summary 4

Tests with Research Turbine 3

Setup Overview 2

Center for Wind Power Drives 1


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Agenda

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Summary 4


Setup Overview 2



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Center for Wind Power Drives

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Agenda

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Summary 4


Setup Overview 2



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4 MW system level test bench – Overview

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User

Interface

RTDS

DC-Link 20 kV

1 DOF

5 DOF

=

10kV Grid

_

Prime Mover

Load Unit Controller HIL

Wind

HIL Grid

PCC

Research WTG Controller

-

Control

Units

n

set

point

Recuperation

Loop

=

DUT-Transformer

U,I

_ _


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Grid Emulator

Power-Electronic Based

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• Interleaved medium-voltage converters

• Programmable short-circuit impedance

• Key specification

Parameter Value

Nominal PCC voltage 20 kV

Nominal PCC power 1) 6 MVA

Voltage THD @ nominal voltage < 5%

Frequency 50 Hz & 60 Hz

1) Short-time overload possible

Filter Trafo


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Fault Ride Through (FRT-)Tests

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Advantage of the power-

electronic-based grid

emulator:

• Capability to generate random

voltage dips

• Possibility to combine with a real

time simulation for a PHIL setup

Converter based FRT dip

FRT container


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Connection of the Real Time Simulator

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Real time lab at

ACS

Targ

et valu

es

grid b

ehavio

r

Measure

d v

alu

es

of D

UT

at P

CC

Real time

communication

interface at ACS

real time lab

Grid emulator

CWD test bench

PCC

Measure

d

valu

es a

t P

CC

Communication line

ACS lab –

CWD test bench

Overview of the connection of the real time simulator

Real time

communication

interface at

CWD test bench

Refe

rence

valu

e g

rid

em

ula

tor

2 km fiber optic cable

500 µs

Loop


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Project FVA Nacelle

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Funding

BMWi – 6. Energieforschungsprogramm

Duration: 1.1.2015 – 31.12.2017

Volume ~ 6 Mio. €


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Agenda

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Summary 4


Setup Overview 2



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FVA Nacelle

Electrical Drivetrain

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• Low-voltage full-converter concept

• Asynchronous generator

Parameter Value

Nominal power 3.06 MVA

Nominal active power 2.75 MW

LVRT SDLWindV 2009

Nominal generator speed 1100 rpm

Nominal generator torque 24.7 kNm


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FRT Tests according to FGW TR3

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Tolerance of the FRT voltage sag according to IEC 61400-21

Test Nr. Fault Depth

(V/V0)

Fault Duration

(ms)

1 ≤ 0.05 ≥ 150

2 0.20 – 0.25 ≥ 550

3 0.45 – 0.55 ≥ 950

4 0.70 – 0.80 ≥ 1400


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Test Results

No-Load Tests

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0 1 2 3 40

0.05

0.1

0.15

0.2

Frequency in kHz

Vo

ltag

e in

p.u

.

0 10 20 30 40

-1

-0.5

0

0.5

1

Time in ms

Vo

ltag

e in

p.u

.

Voltage quality

THD < 3.3%


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Test Results

No-Load Tests

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0 1 2 3 40

0.05

0.1

0.15

0.2

Frequency in kHz

Vo

ltag

e in

p.u

.

0 10 20 30 40

-1

-0.5

0

0.5

1

Time in ms

Vo

ltag

e in

p.u

.

Voltage quality Voltage dips

Voltage dynamic complies

IEC 61400-21 (grey area)

THD < 3.3%


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Test Results

Fault-Ride-Through (FRT) Tests

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5% symmetrical voltage dip

minimum influence on the shaft


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Test Results

DUT Trafo saturation

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• Due to an abrupt voltage change

• Depending on the fault-voltage

waveform

Saturation might

not be observed

Saturation

observed

Transformer

saturates


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Agenda

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Summary 4


Setup Overview 2



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Office 2007-2010, runder

Button oben links) bzw. auf

Datei (Office 2013)

2. „PowerPoint-Optionen“ (für

Office 2007-2010, unten

rechts) bzw. Optionen

(Office 2013)

3. Add-Ins

4. wählen Sie ganz unten bei

Verwalten: den Punkt

PowerPoint-Add Ins und

klicken Sie Gehe zu….

5. Sollte das RWTH Add In

angezeigt werden, entfernen

Sie es! Anders ist eine

dauerhafte Installierung nicht

möglich.

6. Klicken Sie auf Neu

Hinzufügen…, suchen Sie

das Add-In auf ihrem PC

raus und klicken Sie auf OK

7. Mit Schließen wird das Add-

In dauerhaft gespeichert. Sie

können es danach jederzeit

wieder entfernen

Summary

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• Power-electronics-based grid emulator in operation

• RTDS will be integrated for a PHIL setup. Distance between RTDS and test

bench is the main challenge.

• Successfully conducted LVRT test on the newly developed research turbine

according to the standard

• Transformer saturation observed depending on the applied voltage waveform

Contacts

Center for Wind Power Drives

RWTH Aachen University

Campus-Boulevard 61

52074 Aachen

Germany

E.ON Energy Research Center

RWTH Aachen University

Mathieustraße 10

52074 Aachen

Germany

Documents

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