Economic power control for offshore wind farms with loop connection cables.

The Canadian developer and owner of green power facilities Northland Power Inc. owns two offshore wind farms (OWFs) in the German Bight, Deutsche Bucht and Nordsee One, operated by the subsidiary Northland Power Europe GmbH. The company supports and conducts research in the field of power flow optimization in wind farm networks. The work at hand represents the results of this effort to maximize the efficiency of the assets. The project was accomplished within a cooperation between the Nordsee One GmbH and the Institute of Electrical Power and Energy Technology at the Hamburg University of Technology. From an external point of view, an OWF represents an "en bloc" power plant connected to the onshore transmission grid via power export cables. Nevertheless, such a power plant comprises a complex, large-scale internal medium voltage network. In case of failure or cable outage, the network topology of an OWF may be modified and unintended overloading of inter-array cables (IACs) is possible. In order to address this issue, a new algorithm and software tool for economic power control in OWFs are introduced in the following which can be employed in wind farms with integrated loop connection cables (LCCs). This configuration particularly entails the risk of overloading cable segments depending on the present wind speed. The new algorithm provides the operator with adapted active power setpoints for each wind turbine generator (WTG) in a given network topology. The aim is to maximize OWF power generation and minimize internal power losses while secure network operation is guaranteed. Using load flow analysis based on WTG power output measurements, the load on each cable section is monitored and the cables can be utilized to their individual full capacity while overload is avoided. The practicability of the approach is demonstrated by means of simulation results. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Als Projektentwickler und Eigentümer von Einrichtungen zur regenerativen Stromerzeugung besitzt die kanadische Northland Power Inc. zwei Offshore-Windparks in der Deutschen Bucht. Diese Windparks – „Nordsee One" und „Deutsche Bucht" – werden von der Tochtergesellschaft Northland Power Europe GmbH betrieben. Die vorliegende Arbeit ist Ergebnis der Bestrebungen von Northland Power, durch Forschung im Bereich der Leistungsflussoptimierung in Windparknetzen die Effizienz der Anlagen zu maximieren. Das Projekt wurde durch eine Kooperation zwischen der Nordsee One GmbH und dem Institut für Elektrische Energietechnik der Technischen Universität Hamburg realisiert. Ein Offshore-Windpark kann als Kraftwerk aufgefasst werden, das durch ein oder mehrere Exportkabel mit dem landseitigen elektrischen Energienetz verbunden ist. Dieses Kraftwerk umfasst jedoch ein komplexes, weiträumig verteiltes internes Mittelspannungskabelnetz. Im Falle eines Kabelausfalls in diesem Netz kann sich die Topologie des Offshore-Windparks so verändern, dass es, in Abhängigkeit von der vorherrschenden Windgeschwindigkeit, zu einer Überlastung von Teilen der Innerparkverkabelung kommt. Um diesem Problem zu begegnen, werden im Folgenden ein neuer Algorithmus und dessen Realisierung in einer Software zur Betriebsführung vorgestellt, die in Windparks mit Ringnetz angewendet werden kann, um eine wirtschaftliche Leistungsregulierung zu erreichen. Der neue Algorithmus stellt dem Anwender angepasste Sollwerte für jede Windenergieanlage zur Verfügung. Ziel ist es, den Energieexport des Windparks zu maximieren und interne Verluste zu minimieren, während gleichzeitig ein sicherer Betrieb garantiert wird. Mit Hilfe von Lastflussanalysen wird die Belastung aller Kabelsegmente erfasst, so dass die jeweilige Kapazitätsgrenze zwar nicht überschritten, die Stromtragfähigkeit der Kabel aber möglichst voll ausgeschöpft wird. Die Realisierbarkeit des Ansatzes wird durch Simulationsergebnisse belegt. [ABSTRACT FROM AUTHOR]