Synchronization of Generators to Grid in a Flexible Testing Environment

Abstract

This Bachelor’s thesis is about synchronization of generators and is made for Wärtsilä Finland Oy at the Engine Laboratory in Vaasa. The purpose of the thesis was to gain better knowledge about synchronization and to investigate which factors have impact on it. Furthermore, the goal was also to plan a solution for synchronizing generating sets in a flexible testing environment.

The theory for this thesis contains conditions that must be met for a synchronization. To get a better overview of the synchronization, components in the distribution from generating set to the electrical grid are described.

Methods that are used for synchronization in power plants are investigated and by combining these with the requirements related to a flexible testing system, a solution is compiled. Requirements in this case are that the system must be able to manage variating voltage and frequency. An investigation in automation was also done to save time on installation for a new generating set.

The thesis resulted in a solution with multi voltage transformers and a frequency converter together with several busbars. Synchronization possibilities are located on different places in the distribution line, depending on requirements for the synchronization, modifications can be done to fulfill the function.

Detta examensarbete om synkronisering av generatorer gjordes åt Wärtsilä Finland Oy vid motorlaboratoriet i Vasa. Syftet med arbetet var att få bättre kunskap om synkronisering samt att undersöka vilka faktorer som har en inverkan på detta. Samtidigt skulle en lösning för synkronisering av Gensets i en flexibel testmiljö planeras.

Teorin för detta examensarbete omfattar de krav som ställs för en synkronisering. För att skapa en bättre överblick av synkronisering är även komponenter relaterade till eldistributionen beskrivna, från Genset till elnätet som det ansluts till.

Metoderna om hur synkronisering görs i kraftverk undersöks och genom att kombinera dessa med fordringar relaterade till ett flexibelt testsystem, sammanställs en lösning. Fordringarna i det här fallet är att systemet måste klara av varierande spänningar och frekvenser. För att spara tid vid installation av ett nytt Genset undersöktes automationsmöjligheter.

Undersökningen resulterade i en lösning med mångspänningstransformatorer och en frekvensomvandlare tillsammans med ett mångsidigt skensystem. Synkroniseringsmöjligheter är placerade på olika ställen i distributionslinjen. Beroende på fordringar för synkroniseringen kan modifikationer göras för att få till en fullständig funktion.

Tämä opinnäytetyö generaattoreiden synkronoinnista on tehty Wärtsilä Finland Oy:lle Vaasan moottorilaboratoriossa. Työn tarkoituksena oli saada parempaa tietoa synkronoinnista ja tutkia, mitkä tekijät vaikuttavat tähän. Samalla piti suunnitella ratkaisu, miten Gensettien synkronointia tehtäisi joustavassa testausympäristössä.

Opinnäytetyön teoria sisältää synkronointivaatimukset. Paremman synkronoinnin yleiskuvan luomiseksi, kuvataan myös sähkönjakeluun liittyviä komponentteja Gensetistä siihen sähköverkkoon, johon se on liitetty.

Menetelmiä, joilla synkronointi suoritetaan voimalaitoksissa, tutkitaan ja yhdistämällä ne joustavaan testausjärjestelmään liittyviin vaatimuksiin kootaan ratkaisu. Tässä tapauksessa vaatimukset ovat, että järjestelmän on hoidettava vaihtelevia jänniteitä ja taajuuksia. Ajan säästämiseksi uuden Gensetin asennuksessa tutkittiin automaatiomahdollisuuksia.

Työn tuloksena saatiin ratkaisu monijännitemuuntajilla ja taajuusmuuttajalla yhdessä monipuolisen kiskojärjestelmän kanssa. Synkronointiominaisuudet sijaitsevat jakelulinjassa eri paikoissa. Synkronoinnin vaatimuksesta riippuen voidaan tehdä muutoksia täydellisen toiminnon saavuttamiseksi.