Offshore wind power plant control model development and validation through test results

Los operadores del sistema emplean modelos de simulación para estudiar los efectos de la integración de la creciente generación eólica en la estabilidad de la red eléctrica. Entidades internacionales (ej. IEC) han desarrollado modelos de simulación genéricos que simplifican esta tarea, pues facilitan el intercambio de información entre los fabricantes y los operadores del sistema. El objetivo del proyecto es determinar si los modelos genéricos de simulación de parques eólicos (PEs) son útiles para caracterizar la funcionalidad en régimen permanente del controlador de PEs de Siemens Gamesa.

El modelo genérico de control y comunicación de PEs especificado en la nueva edición de la norma IEC 61400-27-1 ha sido implementado en DIgSILENT PowerFactory y validado de acuerdo con IEC 61400-27-2. El procedimiento de validación se basa en los ensayos de la IEC 61400-21-2, la cual está aún en desarrollo. Por ello, los resultados de las simulaciones RMS en DIgSILENT PowerFactory han sido validados frente a medidas obtenidas de ensayos, seleccionados de la norma alemana FGW TG3, realizados en un banco de pruebas de Siemens Gamesa. Los requisitos de precisión se han tomado de la norma alemana FGW TG4, ya que no están definidos por la IEC.

Además, este proyecto compara dos métodos de simulación: full-system y play-back. En el primer método, se representa el "sistema completo" mediante un modelo agregado del PE. En el segundo, las señales medidas en el banco de pruebas se "reproducen" durante la simulación. El método full-system demostró ser útil para caracterizar la funcionalidad del controlador del PE en régimen permanente, ya que la desviación entre las señales medidas y simuladas fue inferior al máximo valor permitido en todos los ensayos. En cambio, no se consiguió modelar el control de tensión y de frecuencia utilizando el método play-back.

Dynamic models of wind energy generation are employed by grid operators to study the effects of the integration of the increasing share of wind power on the stability of the power system. For this task, international entities, such as the IEC, have developed generic simulation models, which contribute to simplify the grid code compliance process as they facilitate the share of information between manufacturers and grid operators. The objective of this thesis is to determine if the generic WP model can be used to characterize the steady state functionality of Siemens Gamesa WP controller.

The generic WP control and communication model specified in the new edition of the IEC 61400-27-1 has been implemented in DIgSILENT PowerFactory and validated according to the IEC 61400-27-2. The validation procedure for WP control models is based on test cases from the IEC 61400-21-2, which has not been published yet. Therefore, the results from the RMS simulations in DIgSILENT PowerFactory have been validated against the measured results of selected test cases from the German technical guidelines FGW TG3, which were performed on a Siemens Gamesa test rig. The accuracy requirements for the validation of the results are based on the FGW TG4 as they are not provided by the IEC.

Two different simulation approaches are compared: full-system and playback. The "full-system" was characterized using an aggregated WP model in the first approach, whereas the measurements from test bench were "played-back" to run the simulation in the latter. The full-system approach consistently characterized the steady state functionality of the WP controller since the deviation between the measured and simulated signals remained under the maximum allowed error for all test cases. In contrast, a successful characterization of the voltage control and frequency control test cases was not achieved using the play-back simulation approach.