Active Control of Large-Scale Offshore Wind Farms Connected Via VSC-HVDC
- 2025
- Buch
- Verfasst von
- Wei Yao
- Hongyu Zhou
- Yongxin Xiong
- Jinyu Wen
- Buchreihe
- Power Systems
- Verlag
- Springer Nature Singapore
Über dieses Buch
Dieses Buch bietet eine detaillierte Untersuchung der aktiven Regelungsmethoden für große Offshore-Windparks, die über flexible Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssysteme (VSC-HGÜ) verbunden sind. Zunächst werden die grundlegende Struktur und grundlegende Steuerung von Offshore-Windparks vorgestellt, die über VSC-HGÜ-Systeme verbunden sind, und eine Methode zur Vektormodellierung vorgeschlagen. Darüber hinaus analysiert sie die Fehlereigenschaften von Offshore-Windparks, die über VSC-HGÜ-Systeme unter unterschiedlichen Fehlerbedingungen verbunden sind, und schlägt eine aktive Fehlerunterdrückungsmethode auf Grundlage der Energiekontrolle vor. Schließlich wird die Methode der Offshore-Windparks eingeführt, die über VSC-HGÜ-Systeme verbunden sind, um die Netzfrequenz zu unterstützen. Von grundlegenden Konzepten über die selbstaktive Sicherheitssteuerung bis hin zur aktiven Steuerung des Netzes werden in diesem Buch systematisch die aktiven Regelungsmethoden großer Offshore-Windparks vorgestellt, die über VSC-HGÜ-Systeme verbunden sind. Insbesondere werden einige fortgeschrittene Kontrollmethoden aus der Perspektive der Energie eingeführt. Dieses Buch ist eine nützliche Referenz für Studenten und Doktoranden, die sich für Offshore-Windparks und VSC-HGÜ interessieren, für Forscher, die Störungsbehebung und aktive Frequenzunterstützung von Offshore-Windparks untersuchen, die über VSC-HGÜ-Systeme verbunden sind, sowie für Ingenieure.
Mit KI übersetzt
Über dieses Buch
This book provides a detailed study of the active control methods for large-scale offshore wind farms connected via flexible high-voltage direct current (VSC-HVDC) transmission systems. Firstly, it introduces the basic structure and fundamental control of offshore wind farms connected via VSC-HVDC systems, and proposes a vector modeling method for them. Furthermore, it analyzes the fault characteristics of offshore wind farms connected via VSC-HVDC systems under different fault conditions, and proposes an active fault suppression method based on energy control. Finally, it introduces the method of offshore wind farms connected via VSC-HVDC systems to support the grid frequency. From basic concepts to self-active safety control, and then to active support control of the grid, this book systematically introduces the active control methods of large-scale offshore wind farms connected via VSC-HVDC systems. In particular, it introduces some advanced control methods from the perspective of energy. This book is a useful reference for undergraduate and graduate students interested in offshore wind farms and VSC-HVDC, researchers studying fault ride-through and active frequency support of offshore wind farms connected via VSC-HVDC systems, as well as engineers.
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Inhaltsverzeichnis
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Frontmatter
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Modeling of Large-Scale Offshore Wind Farms Connected Via VSC-HVDC
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Chapter 1. Control Structure of Long-Distance Offshore Wind Power Integrated with VSC-MTDC
Wei Yao, Hongyu Zhou, Yongxin Xiong, Jinyu WenDas Kapitel befasst sich mit der Integration von Offshore-Windenergie über große Entfernungen mittels VSC-MTDC und VSC-HGÜ-Systemen. Es beginnt mit dem Vergleich bestehender Methoden zur Netzintegration, einschließlich HLK, HGÜ und FFTS-Technologien. Anschließend konzentriert sich der Text auf die Vorteile der VSC-HGÜ für Offshore-Windparks, insbesondere bei der Abschwächung von Wechselspannungsschwankungen über große Entfernungen. Das VSC-MTDC-System wird als effektive Lösung für die Integration mehrerer Stationen eingeführt, die Blindleistungsregelungskosten und Übertragungsverluste reduziert. In diesem Kapitel werden die Kontrollstrategien für Konverterstationen an Land und auf See, einschließlich Master-Slave- und Drop-Control, erläutert. Außerdem werden die Steuerungsarchitektur von Offshore-Windparks und der Einsatz von DFIGs diskutiert, wobei die Notwendigkeit fortgeschrittener Regelungsstrategien zur Optimierung der Energieverteilung betont wird. Das Kapitel schließt mit der Hervorhebung der Herausforderungen und zukünftigen Forschungsrichtungen bei Strategien zur Steuerung von Offshore-Windparks.KI-Generiert
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AbstractIn recent years, offshore wind power has emerged as a critical frontier in global wind energy development, driven by its stable resource conditions, high utilization rates, proximity to load centers, and minimal land use. For offshore wind farms located near the onshore grid with smaller capacities, alternating current (AC) integration is typically employed. However, as these wind farms scale up and transmission distances increase, the voltage source converter-based multi-terminal high-voltage direct current (VSC-MTDC) system has gained prominence. This system effectively addresses challenges related to clustering, long-distance transmission, and multi-regional grid integration of wind energy. Despite its advantages, the VSC-MTDC system’s characteristic of decoupling offshore and onshore AC systems poses challenges in frequency support. Frequency fluctuations in the onshore system prevent direct support from offshore wind power, potentially compromising overall power system stability and safety. Therefore, comprehensive research on active frequency support control strategies for VSC-MTDC-connected offshore wind farms is essential to ensure the secure and efficient integration of large-scale offshore wind power. -
Chapter 2. Vector-Variable Based Modeling Method for Large-Scale Wind Farm Integrating with VSC-MTDC
Wei Yao, Hongyu Zhou, Yongxin Xiong, Jinyu WenDas Kapitel stellt eine neuartige vektorvariable Modellierungsmethode für große Windparks vor, die sich auf die Integration mit VSC-MTDC konzentriert. Es präsentiert ein detailliertes Modell eines Offshore-Windparks, einschließlich der Windgeneratoren und des Kollektorsystems, wobei Vektorvariablen verwendet werden, um Flexibilität und Simulationseffizienz zu steigern. Das Modell wird durch Simulationen und Vergleiche mit elektromagnetischen Modellen validiert und zeigt eine genaue Darstellung der Dynamik und Stabilität von Windparks. Der Ansatz zeichnet sich insbesondere durch seine Fähigkeit aus, Großsysteme effizient zu modellieren, was ihn zu einem wertvollen Werkzeug für Fachleute auf diesem Gebiet macht.KI-Generiert
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AbstractUnlike conventional power plants, wind farms typically comprise hundreds of wind turbines and intricate collector systems, which significantly increase the complexity and effort required for modeling. This chapter introduces a vector-variable-based approach for dynamic modeling of large-scale wind farms, incorporating the dynamics of the collector system. By employing vector variables, this method simplifies the wind farm’s numerous components into a model with two primary submodules: the wind generator module and the collector system module. These submodules allow for flexible modeling of any number of wind generators and various collector system topologies while preserving dynamic characteristics and scalability. The model’s accuracy and simulation efficiency are validated by comparisons with an electromagnetic model. Additionally, a detailed wind farm with twenty-five wind generators is modeled using this approach. Comparative analysis with an aggregation model confirms that the proposed model accurately reflects wind farm stability. Moreover, comparison with a model that overlooks collector system dynamics shows that neglecting these dynamics can lead to significant errors and misjudgments of instability modes, especially in sub-synchronous mode analysis.
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Fault Analysis and Active Suppression in Large-Scale Offshore Wind Farms Connected Via VSC-HVDC
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Chapter 3. Active Energy Control of Converter Stations to Cope with Onshore Grid-Side Faults
Wei Yao, Hongyu Zhou, Yongxin Xiong, Jinyu WenIn diesem Kapitel wird ein System zur aktiven Energiekontrolle (Active Energy Control, AEC) für MMC-HGÜ-Systeme eingeführt, die an Offshore-Windparks angeschlossen sind, wobei der Schwerpunkt auf der Verbesserung der Fähigkeit zur Durchdringung von AC-Störungen liegt. Es stellt eine Regelungsstrategie vor, die die Gleichspannungsregelung vom Energiemanagement des Submoduls entkoppelt, wodurch Umrichterstationen Leistungsungleichgewichte, die durch Wechselstromausfälle verursacht werden, effektiv managen können. Das AEC-Schema ist in vier Stufen unterteilt: passive Energierückgewinnung, aktive Energierückgewinnung, aktive Energieerhaltung und aktive Energiefreisetzung. In diesem Kapitel wird auch die Koordination zwischen Windparks und AEC diskutiert, um die Durchfahrtskapazität von Störungen weiter zu verbessern. Simulationsergebnisse zeigen die Effektivität des AEC-Systems bei der Steuerung unausgewogener Energie während verschiedener Störungsszenarien und unterstreichen sein Potenzial, die Zuverlässigkeit von Offshore-Windenergieanlagen zu verbessern.KI-Generiert
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AbstractModular Multilevel Converter-based High Voltage Direct Current (MMC-HVDC) systems connected to offshore wind farms (WFs) face a critical challenge during grid-side AC faults: the management of surplus power. This chapter introduces an Active Energy Control (AEC) scheme that leverages MMC sub-module (SM) capacitors to actively absorb excess power, thereby improving AC fault ride-through (ACFRT) capability. The chapter begins by analyzing the energy decoupling principle in MMCs and proposing a steady-state control strategy for MMC-HVDC systems. Based on this analysis, the AEC scheme is developed for both onshore and offshore converter stations, functioning across four stages: passive energy recovery, active energy recovery, active energy maintenance, and active energy release. Additionally, coordinated control strategies are designed to integrate AEC with the active power reduction of offshore WFs, showing that the AEC scheme significantly enhances fault ride-through capability. The effectiveness of these control strategies is validated through simulations using the PSCAD/EMTDC platform. -
Chapter 4. Enhancement Method for Grid-Side Fault Ride-Through Capability Based on Multi-mode Matching
Wei Yao, Hongyu Zhou, Yongxin Xiong, Jinyu WenIn diesem Kapitel wird eine Multi-Mode Matching Control (MMMC) Strategie vorgestellt, um die Durchfahrtsfähigkeit von Fehlern und die Spannungsunterstützung eines Offshore Wind Farm Modular Multilevel Converter High Voltage Direct Current (OWF-MMC-HGÜ) Systems zu verbessern. Die MMMC-Strategie besteht aus drei Regelungsmodi, die sich an unterschiedliche Störungsschwerpunkte anpassen und so die Energieaufnahme und Blindleistungsabgabe optimieren. Das Kapitel beschreibt die Systemstruktur, den Kontrollrahmen und die Simulationsergebnisse und zeigt die Effektivität der MMMC-Strategie bei der Verbesserung der Systemstabilität und -leistung während vorübergehender Fehler auf.KI-Generiert
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AbstractTo address onshore AC faults in MMC-HVDC integrated offshore wind farms (OWF-MMC-HVDC), this chapter introduces a Multi-mode Matching Control (MMMC) strategy, which operates across three distinct modes. In Mode I, Active Energy Control is deployed during severe faults when the MMC’s ability to output reactive power is constrained. This mode utilizes the energy stored in the MMC sub-modules (SMs) to absorb surplus offshore power, thereby preventing DC overvoltage. In Mode II, Dynamic Reactive Current Optimization (DRO) Control is applied during moderate faults. This mode dynamically adjusts the MMC’s active and reactive current commands within acceptable limits, providing voltage support to the onshore grid and maximizing offshore active power output, which in turn reduces surplus offshore power. In Mode III, Energy Coordinated Synchronous (ECS) Control is implemented for milder faults. This mode simultaneously manages the energy absorption rates of both the WFMMC and the GSMMC, effectively using the energy margins of the MMCs to support the onshore grid while maintaining fault ride-through capability. The accuracy and effectiveness of the MMMC strategy are validated through simulations conducted on the PSCAD/EMTDC platform. -
Chapter 5. Characteristics Analysis and Suppression of Onshore Valve-Side Fault
Wei Yao, Hongyu Zhou, Yongxin Xiong, Jinyu WenDas Kapitel untersucht die Eigenschaften und Ausbreitungsmechanismen von Einphasen-Masse-Störungen (SPG) auf der Ventilseite von Umrichterstationen an Land in OWF-MMC-HGÜ-Systemen. Es wird untersucht, wie diese Störungen sowohl Wechselstrom- als auch Gleichstromnetze beeinflussen, wobei hervorgehoben wird, dass sie aufgrund einzigartiger Erdungsmethoden keine weit verbreiteten Überstromprobleme verursachen. Die Analyse zeigt, dass, während die fehlerhafte Phasenspannung auf Null fällt, die nicht fehlerbehafteten Phasenspannungen auf Netzspannungspegel steigen und die Netzspannungen unverändert bleiben. Das Kapitel diskutiert auch die Auswirkungen auf Offshore-HGÜ-Übertragungsleitungen und Windparks und zeigt, dass die fehlerinduzierte Nullsequenzspannung Gleichspannungs- und Wechselspannungsüberspannungen verursachen kann. Um diese Probleme zu entschärfen, wird in diesem Kapitel eine Strategie zur Unterdrückung von Überspannungen eingeführt, die auf der Nullsequenz-Spannungsmodulation beruht. Diese Strategie ist darauf ausgelegt, die Sperrzeit zu verlängern und die Auswirkungen der Überspannung an der Konverterstation zu verringern, um eine stabile Stromübertragung zu gewährleisten. Das Kapitel untersucht weiter den Einfluss des Steuerungsparameters k auf das transiente Verhalten des Systems und betont die Notwendigkeit einer sorgfältigen Kalibrierung, um Überspannungsunterdrückung und Systemstabilität auszugleichen. Simulationsergebnisse bestätigen die vorgeschlagene Strategie und zeigen ihre Effektivität bei der Aufrechterhaltung einer stabilen Stromversorgung und dem Schutz des Systems vor Überspannungsproblemen. Diese umfassende Analyse und praktische Lösung machen das Kapitel zu einer wertvollen Ressource für Fachleute im Bereich der Energiesysteme und erneuerbaren Energien.KI-Generiert
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AbstractA valve-side ground fault in the converter station of an MMC-HVDC system presents a significant risk to power system security. This chapter examines the prevalent single-phase-to-ground (SPG) fault characteristics on the valve side of onshore converter stations within OWF-MMC-HVDC systems. It explores how these onshore SPG faults propagate and impact offshore HVDC transmission lines, offshore converter stations, and wind farms, all within the framework of MMC control principles. To mitigate these risks, the chapter proposes an overvoltage suppression strategy that utilizes zero-sequence voltage modulation. The strategy’s impact on the system’s transient stability is analyzed, and key parameters are designed with a balance between practical engineering considerations and system performance. The theoretical analysis of fault characteristics and the effectiveness of the proposed overvoltage suppression strategy are validated using the PSCAD/EMTDC simulation platform. The simulation results closely match the theoretical analysis, demonstrating the strategy’s effectiveness in mitigating overvoltage issues. -
Chapter 6. Characteristics Analysis and Suppression of DC Submarine Cable Disconnection Fault
Wei Yao, Hongyu Zhou, Yongxin Xiong, Jinyu WenDas Kapitel geht der Struktur und den Fehlereigenschaften symmetrischer bipolarer MMC-HGÜ-Systeme nach und konzentriert sich auf das Fortschreiten einpoliger Bruchfehler. Es führt ein Multi-Level Coordinated Control (MLCC) -Programm ein, um durch solche Fehler verursachte Überströme abzumildern, das passive Energieabsorption, aktive Strombegrenzung, aktive Energiesteuerung und Strategien zur Leistungsreduzierung umfasst. Das MLCC-Schema wird durch Simulationen validiert, die seine Wirksamkeit bei der Unterdrückung von Überströmungen und der Verhinderung von Systemausfällen zeigen. Das Kapitel beleuchtet auch die Herausforderungen und zukünftigen Forschungsrichtungen bei der Implementierung von MLCC in Gleichstromnetze.KI-Generiert
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AbstractThis chapter presents a Multi-Level Coordinated Control (MLCC) scheme specifically designed for symmetrical bipolar OWF-MMC-HVDC systems. The MLCC scheme utilizes the energy control capabilities of MMCs to address DC overcurrents resulting from submarine cable failures. The scheme is organized into four control levels, each targeting a specific aspect of system response: Offshore Fault Pole MMC: When a DC submarine cable breakage is detected, the fault pole MMC at the offshore converter station begins passive power absorption from the wind farms using its internal SM capacitors. This provides a critical time buffer for subsequent control actions to be implemented. Onshore Non-Faulty Pole MMC: At the second level, the non-faulty pole MMC at the onshore converter station actively adjusts DC voltage to suppress potential DC overcurrents. Offshore Non-Fault Pole MMC: The third level involves the non-fault pole MMC at the offshore converter station, which dynamically balances DC power flow based on real-time power input from the wind farms. Offshore Wind Farms: The fourth level focuses on the offshore wind farms, which reduce their power output to bring submarine cable transmission parameters back within acceptable limits. The effectiveness and accuracy of the proposed MLCC scheme across various scenarios are rigorously validated through PSCAD/EMTDC simulations. -
Chapter 7. Analysis and Mitigation Strategies of Fault Characteristics on the Offshore Wind Farm Side
Wei Yao, Hongyu Zhou, Yongxin Xiong, Jinyu WenDas Kapitel beginnt mit der Beschreibung der Topologie von Offshore-Windparks (OWFs), die über MMC-HGÜ an ein Onshore-Wechselstromnetz angeschlossen sind, und dem Einsatz von Permanentmagnet-Synchrongeneratoren (PMSGs) mit Direktantrieb. Anschließend wird die Analyse asymmetrischer Offshore-Wechselstromfehler vertieft und diese in Einphasen-Ground-Fehler (SPG), Zweiphasen-Ground-Fehler (DPG) und Phase-to-Phase-Fehler (PP) unterteilt. Das Kapitel stellt das Konzept der mehrstufigen Netzwerkenergiekontrolle (MSNEC) vor, um diese Fehler zu beheben, wobei der Schwerpunkt auf den Kontrollstrategien liegt, die vom WFMMC und den OWFs angewandt werden. Die MSNEC-Strategie umfasst drei Schlüsselphasen: Energierückgewinnung, Energierückhaltung und Energiefreisetzung, die jeweils darauf ausgelegt sind, Energie während Störungszuständen effektiv zu verwalten. Das Kapitel präsentiert auch Simulationsergebnisse, die die Wirksamkeit von MSNEC bei der Reduzierung von Fehlerströmen und der Vermeidung von Überspannungen während der Fehlerbehebung bestätigen. Die Analyse und die vorgeschlagenen Strategien sind von entscheidender Bedeutung, um den stabilen Betrieb von Offshore-Windparks sicherzustellen und ihre Fähigkeit zur Störungsbeseitigung zu verbessern.KI-Generiert
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AbstractModular Multilevel Converter-based High Voltage Direct Current (MMC-HVDC) systems are increasingly recognized as the ideal solution for transmitting power over long distances from large-scale offshore wind farms (OWFs). However, offshore AC asymmetric faults pose significant fault ride-through (FRT) challenges for both OWFs and MMC-HVDC systems, particularly due to the involvement of power electronic converters on both sides of the fault. This chapter introduces a Multi-Stage Sequential Network Energy Control (MSNEC) strategy to tackle these challenges. The approach begins by clarifying the constraint relationships within sequence networks during AC asymmetric faults and explores how to maximize the energy control capacity of the WFMMC, focusing on energy transformation and transfer. The strategy reduces fault phase current amplitude by injecting submodules into the faulted phase while simultaneously introducing additional submodules into the non-faulted phase to achieve a series voltage-dividing effect, actively preventing overvoltage in the non-faulted phase. The MSNEC strategy thoroughly addresses FRT requirements across different stages: fault initiation, steady state, and recovery. It combines sequential network control, energy management, and voltage support from the converter station. The approach achieves AC asymmetric FRT through four key aspects: power equivalence, negative sequence suppression, energy control, and voltage stabilization. A simulation model of OWFs connected to the onshore grid via MMC-HVDC, implemented in PSCAD/EMTDC, validates the effectiveness of MSNEC. The results show that MSNEC not only enhances the AC asymmetric FRT capability of OWFs and WFMMC but also promotes efficient renewable energy utilization and improves the economic feasibility of OWF grid connections.
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Active Frequency Support in Large-Scale Offshore Wind Farms Connected Via VSC-HVDC
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Chapter 8. Two-Level Combined Control Scheme of VSC-MTDC Integrated Offshore Wind Farms for Onshore System Frequency Support
Wei Yao, Hongyu Zhou, Yongxin Xiong, Jinyu WenDas Kapitel führt ein zweistufiges kombiniertes Kontrollsystem (TLCC) für integrierte Offshore-Windparks des Typs VSC-MTDC ein, das darauf abzielt, die Frequenzunterstützung von Onshore-Systemen zu verbessern. Auf der Ebene der Windturbinen umfasst das Programm eine schrittweise Inbetriebnahme und adaptive Trägheitskontrolle, wodurch Turbinen auf der Grundlage der Rotordrehzahlen in Cluster organisiert werden. Dieser Ansatz minimiert sowohl den Frequenztiefpunkt als auch den Rückgang der Sekundärfrequenz. Auf der Ebene der Onshore-VSC-Stationen setzt das System eine Strategie zur kommunikationsfreien Zuteilungssteuerung um, die eine optimale Verteilung der Frequenzunterstützungsleistung zwischen den Stationen sicherstellt. Simulationsergebnisse zeigen die überlegene Leistung des TLCC-Schemas bei verschiedenen häufigen Ereignissen im Vergleich zu herkömmlichen Kontrollmethoden. Zu den Highlights zählt die adaptive Steuerungsstrategie, die die kinetische Energienutzung optimiert und Leistungsfluktuationen verringert, was sie zu einer herausragenden Lösung im Bereich der Integration erneuerbarer Energien macht.KI-Generiert
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AbstractThis chapter presents a two-level combined control (TLCC) approach for voltage source converter-based multi-terminal high-voltage direct current (VSC-MTDC) networks that integrate offshore wind farms, aiming to enhance frequency support for the mainland grid. The TLCC operates across two hierarchical levels: the offshore wind turbine level and the onshore VSC station level. At the turbine level, each wind turbine employs adaptive inertial and droop control while maintaining maximum power point tracking (MPPT) without energy reserves. To mitigate secondary frequency drops (SFD), wind turbines are grouped into clusters based on rotor speed, and a step start-up control scheme is employed to sequentially activate these clusters, providing coordinated frequency support. At the system level, a communication-free allocation control strategy is used, leveraging local frequency signals from onshore VSC stations to efficiently distribute active power among them. This TLCC approach effectively enhances the frequency stability of the onshore grid and reduces SFD, while keeping the turbines in MPPT mode. Case studies conducted on a 3-area, 4-terminal VSC-MTDC system with integrated offshore wind farms validate the TLCC strategy’s effectiveness and adaptability across diverse scenarios. -
Chapter 9. Improved Communication-Free Coordinated Control of VSC-MTDC Integrated Offshore Wind Farms for Onshore System Frequency Support
Wei Yao, Hongyu Zhou, Yongxin Xiong, Jinyu WenDas Kapitel führt ein verbessertes, kommunikationsfreies, koordiniertes Kontrollsystem für integrierte Offshore-Windparks VSC-MTDC ein, das sich auf die Verbesserung der Frequenzunterstützung für Onshore-Systeme konzentriert. Das vorgeschlagene ICFCC-Schema umfasst drei Schlüsselkomponenten: adaptive Allokationskontrolle mit DC-Spannungsbegrenzung, einen kommunikationsfreien Gleichspannungsschätzer an Land und ein asymptotisches Rotorgeschwindigkeits-Rückgewinnungsprogramm. Das adaptive Allokationskontrollsystem verwendet adaptive Drop Control, um die Frequenzunterstützung logisch auf Onshore-Systeme zu verteilen und so die Gleichspannungssicherheit aufrechtzuerhalten. Der kommunikationsfreie Schätzer nähert sich der Gleichspannung an Land unter Anwendung des Kirchhoffs Gesetzes an, was eine genaue Identifizierung der Frequenzabweichung ohne Fernkommunikation ermöglicht. Das asymptotische Rückgewinnungskontrollsystem mildert die SFD, indem es die Rotordrehzahl unter Verwendung einer spezifischen P-Kurve schrittweise wieder herstellt. Fallstudien zeigen die überlegene Leistung des ICFCC-Schemas in den Bereichen Frequenzunterstützung, Robustheit gegenüber Parameterunsicherheiten und Toleranz gegenüber Rauschen. Das Kapitel schließt mit der Hervorhebung der Flexibilität und Effektivität des ICFCC-Schemas über verschiedene DC-Netztopologien hinweg, was es zu einer herausragenden Lösung im Bereich der Integration erneuerbarer Energien macht.KI-Generiert
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AbstractTo mitigate the adverse impact of communication latency, the direct current (DC) voltage of offshore converters is typically employed as input signals in existing communication-free frequency support schemes for offshore wind farms (OWFs). Nevertheless, the offshore DC voltage fluctuates with the output power of OWFs, and this distortion degrades the frequency support performance. To resolve this problem, an improved communication-free coordinated control (ICFCC) scheme for VSC-MTDC integrated OWFs is proposed. The ICFCC scheme incorporates the onshore frequency variation into the DC voltage deviation when frequency events occur. Additionally, an estimator is proposed to determine the onshore DC voltage at offshore VSC stations, enabling rapid frequency support and mitigating the distortion effect. Meanwhile, to enhance support performance, the frequency support power is distributed logically by adaptively adjusting droop coefficients, allowing more power to be injected via the station nearest to the disturbance point. Following frequency support, the offshore wind turbines will restore their rotor speed using asymptotic control to minimize a second frequency drop. Case studies are performed on the 4-terminal and 5-terminal test systems, respectively, considering parameter uncertainties and noise disturbance. Various control methods are compared to demonstrate the effectiveness of the ICFCC scheme. -
Chapter 10. Adaptive Dual Droop Control of MTDC Integrated Offshore Wind Farms for Fast Frequency Support
Wei Yao, Hongyu Zhou, Yongxin Xiong, Jinyu WenIn diesem Kapitel wird ein Adaptives Dual Droop Control (ADDC) -Programm eingeführt, das die schnelle Frequenzunterstützung in integrierten Offshore-Windparks MTDC-VSC verbessern soll. Es befasst sich mit den Nachteilen konventioneller Absenkungskontrollmethoden, wie der Intensivierung von Frequenzstörungen bei Onshore-Systemen und den Auswirkungen von Gleichspannungsänderungen auf die Leistung der Frequenzunterstützung. Das ADDC-Programm umfasst drei Hauptkomponenten: Onshore Adaptive Dual Drop Control, Unterstützungsstrombegrenzung für ungestörte Systeme sowie Offshore Communication-Free Estimator und Asymptotic Recovery Control. Das vorgeschlagene Programm beruht auf Kirchhoffs Gesetz und kann an verschiedene Konfigurationen angepasst werden, wodurch schnelle Frequenzunterstützung und reibungslosere Wiederherstellungsprozesse geboten werden. Fallstudien und Simulationen zeigen die Effektivität des ADDC-Schemas bei der Verbesserung der Frequenzbelastbarkeit und der Verringerung von Frequenzabweichungen unter verschiedenen Betriebsbedingungen. Das Kapitel hebt auch die Robustheit des ADDC-Schemas gegen Parameterunsicherheiten und Störgeräusche hervor und macht es zu einer wertvollen Ressource zur Verbesserung der Stabilität und Effizienz des Stromsystems.KI-Generiert
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AbstractThis chapter introduces an adaptive dual droop control (ADDC) method, which delivers rapid frequency support to a disturbed onshore grid from both undisturbed onshore systems and VSC-MTDC (voltage source converter-based multi-terminal direct current) integrated offshore wind farms (OWFs). With standard droop control at onshore converters, any frequency disturbances cause changes in DC voltage and power flow, leading to frequency fluctuations in unaffected systems. The ADDC approach initially identifies disturbed and undisturbed systems, prompting the latter to supply additional frequency support while maintaining safety by setting support power limits and adjusting droop coefficients. Furthermore, offshore stations use onshore DC voltage as a control signal for swift frequency support. Subsequently, OWFs will recover rotor speed through an asymptotic control method to mitigate the secondary frequency drop. Case studies on 3-terminal and 5-terminal test benchmarks, utilizing the Opal-RT real-time simulation platform, compare various control methods, accounting for parameter uncertainties and noise disturbances, showcasing the ADDC scheme’s efficiency and effectiveness. -
Chapter 11. Distributed Cooperative Control of Offshore Wind Farms Integrated via MTDC System for Fast Frequency Support
Wei Yao, Hongyu Zhou, Yongxin Xiong, Jinyu WenDas Kapitel führt ein Rahmenwerk zur dezentralen kooperativen Steuerung (DCC) für Offshore-Windparks ein, das über ein MTDC-System integriert wird, um schnelle Frequenzunterstützung zu erreichen. Das DCC-Schema umfasst ein Konsensprotokoll für eine gerechte Verteilung der Frequenzunterstützung unter Windturbinen (WTs) unter Berücksichtigung von Nachwirkungen und unterschiedlichen Betriebsbedingungen. Ein führender WT wird ernannt, um die Frequenzunterstützungs- und Wiederherstellungsprozesse zu regulieren. Eine neue Strategie zur Kontrolle der asymptotischen Erholung wird vorgeschlagen, um plötzliche Häufigkeitseinbrüche (SFD) durch schrittweise Wiederherstellung der Rotordrehzahlen zu minimieren. Zusätzlich wird ein kommunikationsfreier Schätzer entwickelt, um die Gleichspannung an Land für die Frequenzunterstützung zu schätzen. Das vorgeschlagene DCC-Schema wird durch Simulationen und Echtzeit-Tests validiert und zeigt eine überlegene Leistung in den Bereichen Frequenzunterstützung und Betriebssicherheit im Vergleich zu zentralisierten Kontrollsystemen.KI-Generiert
Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.
AbstractThis chapter introduces a Distributed Coordinated Control (DCC) scheme designed for offshore wind farms (OWF) connected through Multi-Terminal Direct Current (MTDC) systems, aimed at providing rapid frequency support. By employing a consensus algorithm, the DCC strategy effectively distributes frequency support power among the offshore wind turbines (WT). The proposed DCC framework ensures the maximum use of kinetic energy from all WTs and maintains safety by utilizing a consensus state index and adaptively modifying droop control coefficients. Following the frequency support, the strategy directs the WTs to begin an asymptotic recovery process, promoting smooth re-storage of rotor speed, with other WTs following suit to prevent secondary frequency drops. Additionally, to facilitate rapid frequency support, a communication-free estimator is employed to estimate the onshore DC voltage using locally measured offshore signals. The performance of the proposed scheme is evaluated through case studies conducted on MATLAB and OPAL-RT real-time simulation platforms. Various control schemes are compared, taking into account parameter uncertainties and noise interference, showcasing the effectiveness of the proposed DCC scheme.
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- Titel
- Active Control of Large-Scale Offshore Wind Farms Connected Via VSC-HVDC
- Verfasst von
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Wei Yao
Hongyu Zhou
Yongxin Xiong
Jinyu Wen
- Copyright-Jahr
- 2025
- Verlag
- Springer Nature Singapore
- Electronic ISBN
- 978-981-9793-46-4
- Print ISBN
- 978-981-9793-45-7
- DOI
- https://doi.org/10.1007/978-981-97-9346-4
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