Tuulivoimalan suojauskysymyksiä

Abstract

Tuulivoiman sekä muun hajautetun tuotannon osuuden lisääntyessä nykyisen sähkövoimajärjestelmän luonne muuttuu ja syntyy tarve kehittää entistä kattavampia hajautetun tuotannon suojausratkaisuja. Myös tuulivoimatekniikan nopea kehitys asettaa uusia vaatimuksia tuulivoimalan suojaukselle.

Tässä opinnäytetyössä tutustutaan tuulivoimaloiden tekniikkaan, verkkoyhtiöiden asettamiin tuulivoimaloiden verkkoonliityntäehtoihin ja niihin liittyviin tärkeimpiin teknisiin vaatimuksiin sekä hajautetun tuotannon keskeisimpiin suojausongelmiin.

Tämän opinnäytetyön ensimmäisen osan tavoitteena on selvittää tuulivoiman verkkoonliitynnän ja relesuojauksen teknisiä vaatimuksia sekä haasteita ja sitä kautta lisätä tuulivoimatietämystä Vamp Oy:ssä. Työn toisessa osassa tutkittiin tuulivoimalan sisäistä oikosulkusuojausta muuttuvanopeuksisen täysohjatun tuulivoimalan tapauksessa ja etsittiin ratkaisuja matalataajuisen virran tunnistavan suojareleen toteutukselle.

Työssä käytetyt tutkimusmenetelmät perustuvat kirjallisen lähdemateriaalin käyttöön sekä asiantuntijahaastatteluihin. Kestomagneettigeneraattorin käyttäytymistä vikatilanteessa mallinnettiin PSCAD-simuloinnilla.

Opinnäytetyön tuloksena on matalataajuisen virran tunnistavan ylivirtasuojareleen spesifikaatio algoritmin koodausta varten sekä tuulivoiman verkkoonliitännän tietopaketti, jota voidaan käyttää tilaajayrityksen sekä sisäisissä että ulkoisissa koulutustilaisuuksissa.

As the share of wind power and other distributed generation increases, the nature of the power transmission system changes. It generates the need to develop broader, more comprehensive solutions for protection of distributed generation. The fast development of wind power technology has also set new requirements for protection relays.

This thesis studies wind power technologies, different grid connection codes and technical connection requirements for wind power as well as the problems connected to distributed generation and the existing protection methods.

The purpose of the first part of the thesis is to look into technical connection requirements as well as the functional requirements for the relay protection of distributed generation and to increase the wind power knowledge in Vamp Ltd. The second part of the thesis studies in detail the implementation of sub cycle detection algorithm for over current relay in case of a direct drive wind turbine with permanent magnet synchronous generator (PMSG) and a full power conversion system.

The research methods used in the thesis are based on written publications and interviews. The examining of PMSG during short circuit faults was simulated with PSCAD.

The results of the thesis consist both of a specification for sub cycle detection algorithm for over current relay and of a wind power information package, which can be used in internal and customer trainings.