Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Analyser av två VSC-HVDC-stationer genom långtidsmätningar med elkvalitetsmätare
Luleå University of Technology, Department of Engineering Sciences and Mathematics.
2018 (Swedish)Independent thesis Basic level (professional degree), 10 credits / 15 HE creditsStudent thesisAlternative title
Analysis of two VSC-HVDC stations through long-time measurements with power quality analyzers (English)
Abstract [sv]

Gotland har länge präglats av mycket speciella lösningar och legat i framkant vad gäller ny teknik. Under ca 20 år har Gotland haft en VSC-HVDC-station som har stabiliserat spänningen i det gotländska nätet. HVDC Light har löst en del av de tekniska begränsningarna som hindrat utvecklingen av vindkraftverk. Anläggningen börjar lida mot slutet av sin tekniska livslängd och examensarbetet är ett första steg i utredningen för en eventuell ersättning. Med hjälp av elkvalitetsmätare kartlagdes prestanda och eventuella förbättringsområden.

Den svenska stamnätsoperatören Svenska kraftnät har sedan 2016 haft en VSC-HVDC-station som använts för att utväxla energi till asynkrona systemet i Östeuropa. Svenska kraftnät har på senare tid velat utnyttja spänningsregleringsmöjligheterna och utreda mättekniska metoder. Elkvalitetsmätare placerades ut på lämpliga mätpunkter för att utreda anläggningens beteenden.

ELSPEC G4500 elkvalitetsmätare installerades på Nordbalt och Gotlands HVDC Light för att mäta under sensommar till hösten 2017. Skillnader mellan CVT och IVT samt Rogowskispole och CT mättes. Valet av ELSPEC lämpade sig bra eftersom att inga triggningsvillkor behövdes som tillåter att man kan upptäcka små men viktiga avvikelser.

Gotlands HVDC Light stabiliserar nätet främst mot spänningsdippar efter kortslutningar i 10 kV-elnätet och flimmer ifrån vindkraftsparkerna i ände 2. Märkeffekten för en uppdaterad anläggning kommer baseras på den kortslutningseffekt i 10 kV-nätet som kan utvecklas under anläggningens livstid. Spänningsregleringen ska baseras på en PI-regulator och ska kunna reglera fullt på 40 ms. Komponentspänningar kan användas för att ge reaktiv effekt på de faser som behöver det. Behovet mot flimmer ska baseras på en mätning i närmaste konsumtionscentrum, två mil från ände 2. Om behovet finns, ska en separat loop för flimmerkontroll som motverkar 1,5 Hz-komponenter implementeras utifrån en punkt ca 1,5 mil ifrån ände 2. Teknikvalet står mellan two-level generation 3 eller MMC, beroende på uppgradering eller ersättning. Många olika framtida scenarion påverkar HVDC Lights roll och oavsett, kommer mycket resurser behövas för Gotlands och HVDC Lights framtid.

Det har observerats två beteenden på Nordbalt varav ena är långsam och det andra beteendet är snabbt. Det snabba beteendet uppstår när lågohmiga fel sker som också synkronmaskinerna tar hand om. Nordbalt kan hjälpa till för mindre spänningsvariationer om den varit snabbare likt beteendet vid lågohmiga fel. En stabilitetsbedömning behövs dock eftersom att snabbare beteende ökar risken för instabilitet. Eftersom att data mellan CVT och IVT skiljde sig mycket, upplystes mättekniska problem. Några lösningar diskuteras varav RCVT och PQSensor gås igenom grundligt. Alternativa lösningar som MoW och mobila enheter presenteras också vagt. Samtliga lösningar visade sig ha praktiska hinder, vilket försvårar genomförandet. Det uppmanas därför att man bör testa teknikerna i laborationsmiljö eftersom begränsat med studier gjorts på dessa samt att konkurrerande tillverkare uppger olika uppgifter.

Abstract [en]

Gotland has long been known for various special solutions and been on the leading edge regarding new technology. For the past 20 years Gotland has had a VSC-HVDC station that has stabilized the voltage in the Gotlandic grid. HVDC Light has solved some of the technical limitations that has hindered the growth of wind turbines. The station has almost reached the end of its technical lifespan and the thesis is a first step in the investigation for an eventual replacement. With power quality analyzers performance and improvements were investigated.

The Swedish transmission system operator Svenska kraftnät have since 2016 had a VSCHVDC station that have been used to exchange energy to the asynchronous system in Eastern Europe. Svenska kraftnät has of lately wanted to take advantage of the voltage control capabilities and investigate measurement technologies. Power quality analyzers were installed on suitable connection points to investigate the behavior of the station.

ELSPEC G4500 power quality analyzers were installed on Nordbalt’s and Gotland’s HVDC Light to measure during the late summer to fall of 2017. The differences between CVT and IVT, and Rogowski coil and CT were captured. The choice of ELSPEC suited well since no trigger conditions are needed which allows small but important errors to be discovered.

Gotland’s HVDC Light stabilizes the grid mostly against voltage sags for faults in the 10 kVgrid and flicker from the wind farms in node 2. The rated power for an upgrade should be based on the 10 kV-grid short-circuit power to be developed during the station’s life span. The voltage control should be based on a PI-controller and should be able to transmit full power in 40 ms. Component voltages can be used to produce reactive power on the phases in need. The need against flicker should be based on measurements in the closest center of consumption, 2 miles from node 2. If it’s needed, a separate loop for flicker-control that prevents 1.5 Hz-components based on a point 1.5 mile from node 2 should be implemented. Depending on an upgrade or replacement, the topology can either be “two-level generation 3” or MMC. Many different future scenarios affect HVDC Light’s role and more resources will be required for Gotland’s and HVDC Light’s future.

Two behaviors have been observed on Nordbalt where one is slow and the other behavior is fast. The fast behavior was only observed when low impedance faults occurs, that the synchronous generators also handles. Nordbalt can contribute to small voltage variations if it was faster, like the behavior for low impedance faults. A consideration in stability is needed since a faster behavior can lead to stability problems. Since the data between CVT and IVT differed a lot, metrology problems were discovered. Some solutions were discussed, of which RCVT and PQSensor was thoroughly reviewed. Alternative solutions like MoW and mobile units were also presented vaguely. All solutions showed practical difficulties, which complicates the implementation. It is therefore encouraged to test the technologies in a laboratory environment since few studies have been made on these and competing manufactures state different information.

Place, publisher, year, edition, pages
2018. , p. 230
Keywords [en]
VSC-HVDC, metrology, power quality, STATCOM, voltage stability, voltage collapse, harmonics, flicker, transmission, IVT, CVT, RCVT, PQSensor, Master of Wave, inverted Rogowski coil, ELSPEC
Keywords [sv]
VSC-HVDC, mätteknik, elkvalitet, STATCOM, spänningsstabilitet, spänningskollaps, övertoner, flimmer, transmission, IVT, CVT, RCVT, PQSensor, Master of Wave, inverterad Rogowskispole, ELSPEC
National Category
Engineering and Technology Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:ltu:diva-70056OAI: oai:DiVA.org:ltu-70056DiVA, id: diva2:1230527
External cooperation
Svenska kraftnät; Gotlands elnät AB
Subject / course
Student thesis, at least 15 credits
Educational program
Electrical Power, bachelor's level
Supervisors
Examiners
Available from: 2018-08-07 Created: 2018-07-03 Last updated: 2018-08-14Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(21310 kB)13 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 21310 kBChecksum SHA-512
7f43620c0c61820f2ce3bc02d0ed7ce07a4d2251dc99d46d1d19fd0e16f92cd9efd88d92efa61581269315a3762f9ccd0f63c524de1fd7aaa52ac9b500b8cd48
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Department of Engineering Sciences and Mathematics
Engineering and TechnologyElectrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 13 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 98 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf