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
Dynamic transformers rating for expansion of expansion of existing wind farms
KTH, School of Electrical Engineering and Computer Science (EECS), Electromagnetic Engineering. (QED Asset Management)
2019 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Dynamisk lastbarhet hos transformatorer för expansion av befintliga vindkraftparker (Swedish)
Abstract [en]

Distribution system operators face the challenge to connect users rapidly to the grid and the opportunity to reduce costs for new connections. A method to enhance network operation and planning is dynamic transformer rating (DTR), which considers load and temperature variations to increase the rating of the transformer while maintaining in safe operation.

This project investigates DTR application to an existing population of transformers connected to a wind park and proposes a method for adding new turbines to the grid using installed transformers. Five transformer locations and nine units belonging to E.ON AB are used to find the potential of DTR for network expansion.

A weather analysis reveals that simultaneous high wind speeds and high temperatures seldom occur. An aging estimation based on the IEC 60076-7 standard shows that the transformers for wind power applications are underused. Considering the transformer thermal model, a sensitivity analysis shows that the parameters that mostly affect the aging rate are the moisture content, the hot spot factor, and the top-oil temperature rise. The maximum load to assure aging below 50 years is calculated for each transformer for different maximum hot-spot temperature levels showing that increasing the maximum allowed temperature reduces curtailment and increases aging. A single node analysis depicts the optimal expansion of wind power from a generator perspective, and a network analysis introduces further restrictions to the network. As a result, the optimal increase factor is around 30 to 50 % and is larger for higher hot-spot temperature limits.

Accurate weather measurements and transformer parameters are necessary to make a proper estimation of transformer aging to unlock transformer potential. To use fiber optic temperature sensors in new transformers and on-site temperature measurements can increase the rating of the transformer. A maximum allowed temperature of 110◦C is conservative and limits the potential of the transformer for wind power applications. Finally, society benefits from DTR in wind power applications because there is a more efficient use of resources and additional renewable energy can be introduced to the network.

Abstract [sv]

Eldistributionsnätet står inför en utmaning att snabbt ansluta användare till nätet och en möjlighet att miska kostnaderna i nya ansultnigar. En metod för att förbättra nätverksdrift och planering är dynamisk lastbarhet hos transformatorer, eller dynamic transformer rating (DTR). Metoden beaktar belastings- och temperaturvariationer för att öka transformatorns lastbarhet samtidigt som den upprätthåller säker drift.

Detta projekt undersöker tillämpningen av dynamisk lastbarhet till en befintling population av transformatorer kopplade till en vindkraftpark och föreslår en metod för att ansluta ytterligare turbiner till nätet med hjälp av befintliga transformatorer. Fem transformatorplatser och nio enheter som tillhör E.ON AB används för att undersöka potentialen för DTR inom tillämpningar för nätverksexpansion.

En vänderanalysis avslöhar att både höga vindhastigheter och temperaturer sällan uppstår samtidigt. En uppskattning av åldrandet baserad på IEC 60076-7-standarden visar att transformatorer för vindkraftstillämpningar är underanvända. Med avseende på den termisk transformatormodellen visar en känslighetsanalys att parametrarna som påverkar minskning av livslängden mest är fuktinnehållet, hot spot-faktorn och ökning av top-olja-temperaturen. Den maximala belastningen för att säkerställa en åldring under 50 år beräknas för varje transformator, för olika värden på den maximala hotspottemperaturen. Detta visar att med ökning av den maximala tillåtna temperaturen minskar produktionsbortfall och ökar åldrandet.

En-nods-analys visar den optimala expansionen av vindkraft från en producents perspektiv, och en nätverksanalys introducerar ytterligare begränsningar för nätverket. Detta resulterar i en optimal ökningsfaktor på cirka 30-50% och är större för högre värden på den maximala hotspottemperaturen.

Noggranna vädermätningar och transformatorparametrar är nödvändiga för att göra en korrekt uppskattning av transformatorns åldrande. Att använda fiberoptiska temperatursensorer i nya transformatorer och platsspecifika temperaturmätningar kan öka transformatorns lastbarhet. En maximal tillåten temperatur på 110 ◦C är för konservativ och begränsar transformatorns potential för vindkraftstillämpningar. Samhället drar fördel av DTR i vindkraftstillämpningar eftersom det leder till en effektivare resursanvändning och att ytterligare förnybar energi kan introduceras i nätverket.

Place, publisher, year, edition, pages
2019. , p. 91
Series
TRITA-EECS-EX ; 2019:553
Keywords [en]
Dynamic transformer rating, wind energy, loss of life, wind farm expansion
National Category
Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-256531OAI: oai:DiVA.org:kth-256531DiVA, id: diva2:1346322
External cooperation
ABB AB; E.ON Energidistribution AB
Educational program
Master of Science - Electric Power Engineering
Presentation
2019-06-09, Ivar Herlitz Room, Teknikringer 33, Stockholm, 15:00 (English)
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-10-10 Created: 2019-08-27 Last updated: 2019-10-10Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(2062 kB)1 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2062 kBChecksum SHA-512
889f37a4be87e115fbc87ea36967a0884778a4a236498ddc365eec05fd2d7c44c9022f307a07f62e1de64715ce1e90d8e447832413db0679782b3d1d5f6ea10c
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Electromagnetic Engineering
Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 1 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: 2 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