Modellierung eines Offshore-Windparks mit DIgSILENT PowerFactory

Abstract

Ein Offshore-Windparkmodell, welches einem realen Windpark nachempfunden ist, wird mittels der Netzberechnungssoftware DIgSILENT PowerFactory auf verschiedene Kurzschlussfehlertypen entlang einer Stichleitung überprüft. Die Simulationsergebnisse werden in einer relationalen SQL-Datenbank gespeichert. Damit die vorherrschenden Offshore-WKA-Typen berücksichtigt werden, enthält der Windpark sowohl doppelt gespeiste Asynchrongeneratoren als auch Windkraftanlagen (WKA) mit Vollumrichter. Die Simulationsmodelle für den jeweiligen WKA-Typ werden von PowerFactory bereitgestellten und basieren auf der Norm EN 61400-27-1. Ein Python-Skript zeichnet sich verantwortlich für die Simulation und Variation von Einspeiseszenarien, Fehlertyp und –ort, für das Auftreten und die Zusammensetzung von Oberschwingungen und für die Auswahl von Simulationszeit und Fehlerwinkel. Weiters ist das Skript auch für die Überführung der Simulationsergebnisse in die Datenbank zuständig. Somit liegt das Hauptaugenmerk dieser Arbeit auf der automatisierten Simulation des Windparkmodells und anschließender Ergebnisablage in einer Datenbank.Weiters von Interesse ist, ob die in PowerFactory vorhandenen WKA-Modelle im Kurzschlussfall dem Fehlerverhalten realer Windkraftanlagen entsprechen. Spezifischer soll hier das Verhalten im Mit-. Gegen- und Nullsystem betrachtet werden.Das verwendete Tool DIgSILENT PowerFactory ist eine Netzberechnungssoftware, mit welcher man Erzeugungs-, Übertragungs-, Verteil- und Industrienetze berechnen kann. Die Diplomarbeit befasst sich vor allem mit dieser Software, da dies auf einen Kundenwunsch zurückzuführen ist. Dieser wollte prüfen lassen, ob mit den Simulationsergebnissen von Kurzschlussfehlern ein reales Schutzgerät geprüft werden kann.

An offshore wind farm model, which is based on a real wind farm, is checked for different types of short-circuit faults along a single feeder line using the network calculation software DIgSILENT PowerFactory. Simulation results are stored in a relational SQL database. To ensure that the prevailing offshore wind turbine types are taken into account, the wind farm contains both double-fed induction generators and wind turbines with fully rated converter. These models are provided by PowerFactory and correspond to the simulation models of the IEC61400-27-1 standard. A Python script is responsible for the simulation and variation of feed-in scenarios, fault type and location, for the occurrence and composition of harmonics and for the selection of simulation time and fault angle. Furthermore, the script is also responsible for the transfer of simulation results into the database. Thus, the main focus of this work is the automated simulation of the wind farm model and the subsequent storage of the results in a database. Furthermore, it is of interest whether the wind turbine models available in PowerFactory correspond to the fault behavior of real wind turbines in case of a short circuit. More specifically, the behavior in the positive-, negative and zero-sequence system will be considered.The software DIgSILENT PowerFactory is a network calculation software, which can be used to calculate generation, transmission, distribution and industrial networks. The master thesis mainly deals with this software, as this is due to a customer request. The customer wanted to test whether a real protection device can be tested with the simulation results of short circuit faults.