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1 力 00 年 -4 流 輪 流 路 力 Impact of HV -AC and DC Line Faults on Stressing a Marine Current urbine-generator Set * 呂 * 林 * + # Jong-Ian sai Guang Ching Leu Sharon Lin Rong-Ching Wu Ching-Hong Wang * + # *Chunghwa elecommunication Laboratories, Department of +Electrical Engineering+, #Electronic Engineering +I-Shou University, #Kao Yuan University aiwan, R.O.C. t0679@gmail.com :.MW 流 007 年 流 輪 若 路 流 輪 ( 葉 /) 力 力 勞 流 輪 度 力 了 路 流 連 流 流 流 輪 葉 流 流 輪 流 流 Abstract: he marine current resource owns the distinct advantages of plentiful, highly stable, and predictable characteristics. he.mw marine current turbine (MC) has been successful commissioned and connected to grid by 007. If the grid-connected MC generator is subjected to the violent network faults, the over-current in armature winding may give rise to over-stresses on turbine components, namely blades and high/low speed shafts, which even lead to fatigue life expenditure. For the ocean power plant planner, it is necessary to deeply investigate the transient stability and torsional stresses on MC. his project simulates a line fault respectively occur at HVDC and HVAC transmission systems. It is found that the HVDC system may impose higher impact on MC shafts and blades owing to the line faults. Keywords: Marine current turbine, Shaft, orsional vibration, High voltage AC (HVAC) transmission, High voltage DC (HVDC) transmission I. 例 益 流 度 力 流 8 MW 流 輪 葉 力 [] : 流 量 60GW 量 (4GW) 流 流 流 (ocean current) 兩 流 tidal current 流 流 流 流 流 流 流 流 流 MC 007 年 SeaGen 立.MW 流 北 蘭 (Strangford Lough) 聯 Lunar Energy 007 年 E.ON 8 MW 流 MW Rotech idal urbine[] Nova Scotia 力 009 年 OpenHydro MW 流 聯 [4] 來 流 列 流 輪 流 (Farm) 流 量 [] 輪 葉 Cp 量 [5-6] 度 [7] 流 度 [8] 見 流 理 力 力 流 量 力 [] 說 車 (underwater windmill) IEC [] 力 輪 度 類 不 兩 路 流 輪 力 IEC 度 律 參 II. A. (a) 流 輪 路 流 HVAC (b) 流 輪 流 (bipolar) DC 流 流 HVDC (c) 流 (Fixed Speed)(Horizontal axis) 流 輪 ( 葉 連 葉 - 輪 -) 籠 44

2 480V 數 六 率.5MW 00 RPM 連 HVAC 0 kv 5km 路 連 HVDC 5 kv 流 - 流 ±0kV6.7kA( 4MW) 6-pulse HV DC 滑 5km 流 連 率 參 B. Matlab Sim-Power System (SPS) Asynchronous Machine in pu unitsquirrel Cage YgYg ri-phase 流 DYg- ri-phase HVAC PI ri-phase HVDC 參 數 滑 L HVDC 流 濾 流 流 (Current Regulator) VDCOL(voltage dependent current-order limit) 流 hree-phase programmable voltage source 串 聯 R-L 路 SPS 流 0 hree-phasee series RLC.5MW*, 00rpm IG IG C comp CB L (a) (b) L fault CB 力 00 年 -4 load 流 SPS 籠 輪 (Fixed Speed) 量 -- 立 C. 流 率 流 輪 流 力 度 [5] 流 率 () Pm = ρ AVtide ρ 流 度 A 流 流 切 (m )V tide 流 (m/s) 流 葉 流 力 量 () Pm = ρ AVtideCp ( β, λ ) C p( β, λ) 率 數 β 度 λ 力 Cp 流 Cp 0.5~0.5 流 率 流.0pu 率 流.5 m/sec Grid Z th Network (a)hvac (b)hvdc (c) 流 輪 (c) D. 流 輪 輪 精 ( 六 量 ) 流 狀 d θ [0] [ I] θ [0] dt ω = + [ H] [ C] [ H] [ D] ω [ H ] () 0 I 零 θ ω 量 度 度 狀 數 葉 (B,B,B) 葉 (Hub) 輪 (Gearbox, )(GEN) [ B, B, B, H,, G] [,,,,, ] θ = θ θ θ θ θ θ B B B H G ω = ω ω ω ω ω ω 狀 數 流 流 力 MC e [,,,0,0, ] MC MC MC e = 量 (Inertia) H 度 (Stiffness) C (Damping) D (mutual damping)(self damping) 參 數 H = diag H, H, H, H, H,H (4) [ ] [ ] B B B H G 45

3 [ C] [ D] CHB 0 0 CHB CHB 0 C 0 0 HB 0 0 CHB CHB 0 0 = CHB CHB CHB CH + CHB CH CH CH + CG C G CG CG (5) DB + d 0 0 d HB HB DB + dhb 0 dhb HB HB = dhb dhb dhb CH + dh + dhb dhbg DB + d d d + + H D dh dg dg dg DG + dg (6) 力 00 年 -4 流 輪 率 Hz Mode (Hz) 流 frequency, Hz 4 葉 率 W B B W B B H H C H C G H H G d H d G D D G G G GEN IV. HVACHVDC 流 力 令 0. 流 ( E/M ) ( -GEN )( Hub- ) 葉 ( Blade ) D H W B B 流 輪 III. 利 類 類 量 -- (mass-damping-spring model) 類 - - 路 利 量 率 Frequency Scanning 輪 率 E/M 率 0.0 Hz 0 Hz 0.0 Hz 葉 率 輪 列 4 (Hub-)(-GEN) 葉 (MC Blade) 率 路 率 (60Hz) 流 (0Hz) 率 (Unidirectional)( 流 ) mode (.84Hz) 流 率 流 A. HVAC: 路 復 葉 率 0..0 p.u. 流 流 率 (-GEN).9Hz 率 ( 流 ).84Hz 力 勞 率 復 率 量 不 5 B. HVAC 復 (peak-to-peak) 0. 7 復 路 不 復 46

4 不 流 量 ~ 復 不 復 ( 路 ) 8 靈 度 論 C. HVDC 流 路 : 6 流 流 (DC pole voltage)(voltage collapses) 流 流 流 流 α90 度 利 valve0.65α65 度 流 降 流 流 流 (valve) 流 流 降 零 流 流 路 流 零 0.7 流 復 6 6 流 流 流 :HVDC 率 HVAC ( 路 路 ) 不 若 HVAC 烈 ( )56 流 流 不 D. HVDC 復 (re-energization) 9 復 HVDC 不 復 - (de-energization)- 復 率.84Hz 率 復 HVDC 復 HVAC 復 HVAC E. 路 路 HVAC 路 HVDC mono pole 0 HVAC HVDC 0 路 聯 0.7 復 Mal-synchronization() 不 率 理 路 離 路 流 輪 F. 復 路 數 HVAC 若 復 路 HVAC 勞 HVDC 路 令 不 復 不 復 流 力 00 年 -4 量 HVDCHVAC V. 論 流 力 力 數 論 :. 流 流 率 率 HVAC 路 不 力. 路 復 率 路 度 度 離 流 路. HVAC HVDC HVDC 路 力 HVAC 4. 復 HVAC HVDC HVDC 復 復 復 VI. (98--E-44-07) VII. 參. 來, port/forecastingthefutureofoceanpower.html. L. Myers and A. S. Bahaj, Simulated electrical power potential harnessed by marine current turbine arrays in the Alderney Race, Renewable Energy, vol. 0, no., pp. 7-7, September IEC , Wind urbine Generator Systems Part : Safety Requirements,.0 ed., 年. 5. S. E. B. Elghali, R. Balme, K. L. Saux, M. E. H. Benbouzid, J. F. Charpentier, and F. Hauville, A simulation model for the evaluation of the electrical power potential harnessed by a marine current turbine, IEEE ransactions on Oceanic Engineering, vol., no. 4, pp , October W. M. J. Batten, A. S. Bahaj, A. F. Molland, and J. R. Chaplin, he prediction of the hydrodynamic performance of marine current turbines, Renewable Energy, vol., no. 5, pp , May 李 盧 " 流 不 度," 力 pp. E0.4-~5, 醴 劉 龍 流 力 pp. 65-6,

5 力 00 年 -4 5 路 HVAC 5 6 HVDC 流 4 (Hub- Shaft) (-GEN Shaft) (Blade) (E/M torque) reclosing 7 HVAC 復 8 HVAC 9 HVDC 復 0 HVAC 路 復 HVDC 復 48 5