Si valuta ora la situazione in cui siano connesse pi`u reti da linee in AT in al- ternata. Nello specifico vediamo ora il caso di una rete a 14 nodi connessa ad un’altra rete identica a se stessa tramite 3 linee in AT e alla quale successiva- mente viene installata una rete DC con sistema VSC magliato. Anche stavolta viene usata la matrice di sensitivity per determinare il miglior posizionamen- to dei convertitori in DC e quindi dei cavi in corrente continua. Il caso di due reti uguali connesse da sotto-reti in DC ci consente di spingere sotto opportu- ne condizioni una linea al massimo, sfiorando il limite di capability e valutare se nelle nuove condizioni operative con rete VSC quella linea risulta essere meno congestionata (`e questo il caso dell’interconnessione Italia-Francia, che dovrebbe ridurre il carico sulla linea Rondissone-Albertville).
Figura 3.8: Rete B - in blu sono evidenziate le nuove connessioni HVAC da confrontare con le nuove linee HVDC e in rosso le AT di confine
Di seguito viene mostrata la tabella di equivalenza tra branch e nodi da esso collegati.
Tabella 3.7: Rete B - Tabella di equivalenza tra branch e nodi collegati
branch nodi collegati branch nodi collegati 1 1 - 2 26 17 - 20 2 1 - 5 27 18 - 19 3 2 - 3 28 18 - 21 4 2 - 4 29 18 - 22 5 2 - 5 30 19 - 20 6 4 - 5 31 20 - 25 7 4 - 7 32 20 - 26 8 4 - 9 33 20 - 27 9 5 - 6 34 21 - 22 10 6 - 11 35 21 - 23 11 6 - 12 36 23 - 24 12 6 - 13 37 23 - 28 13 7 - 8 38 24 - 25 14 7 - 9 39 26 - 27 15 9 - 10 40 27 - 28 16 9 - 14 41 3 - 16 17 10 - 11 42 6 - 18 18 12 - 13 43 9 - 23 19 13 - 14 - - 20 13 - 14 - - 21 15 - 16 - - 22 15 - 17 - - 23 16 - 17 - - 24 16 - 18 - - 25 16 - 19 - -
Figura 3.9: Rete B - Flussi transitanti nelle linee con e senza sistema VSC
Tabella 3.8: Rete B - Perdite nei sistemi AC senza e con rete VSC e perdite complessive con VSC
Perdite AC(MW) 25 Perdite AC con sistema VSC (MW) 22 Perdite complessive AC+HVDC+Conv(MW) 32
Tabella 3.9: Rete B - Confronto tra le potenze transitanti nelle nuove linee AC e HVDC
Linea (bus) 5-15 15-20 5-20 16-20 Transito AC (MW) -20 33 28 21
Transito DC(MW) -70 -53 144 -90
Anche in questo caso ci troviamo davanti ad una condizione di rete pi`u rilassata. Per quanto riguarda le perdite, crescendo in potenza, notiamo come iniziano ad incidere le perdite sulle stazioni di conversione.
3.2.1
Stress della rete
Anche stavolta verranno impostate delle condizioni operative di rete sotto stress, nello specifico il distacco di un generatore e l’aumento di carico. Ini- zialmente valutiamo la condizione di un aumento del carico del 10 % (50 MW sui 518 totali) nel nodo 18, che passa da 47 a 97MW.
Tabella 3.10: Rete A - Perdite nei sistemi AC senza e con rete VSC e perdite complessive con VSC con aumento del carico di 50 MW nel nodo 18
Perdite AC(MW) 34 Perdite AC con sistema VSC (MW) 28 Perdite complessive AC+HVDC+Conv(MW) 38
Figura 3.11: Rete B - Tensione nei nodi della rete con e senza sistema VSC a seguito dell’aumento di carico di 50 MW nel nodo 18
Figura 3.12: Rete B - Flussi transitanti nelle linee con e senza sistema VSC a seguito dell’aumento di carico di 50 MW nel nodo 18
Tabella 3.11: Rete B - Confronto tra le potenze transitanti nelle nuove linee AC e HVDC nel caso di aumento del carico
Linea (bus) 5-15 15-20 5-20 16-20 Transito AC (MW) -11 33 39 20
Transito DC(MW) -70 -53 144 -90
Le perdite totali sul sistema aumentano, ma risulta ancora molto conve- niente la scelta della rete VSC. Anche la situazione sui flussi di potenza sulle linee in AC fa si che la rete sia molto pi`u rilassata al caso di sole linee AC: Si nota comunque che soprattutto le linee di confine sono pi`u cariche, mentre nella situazione precedente la gran parte del flusso di scambio era sulla rete VSC, lasciando scariche 2 linee di confine su 3.
Anche stavolta valutiamo come reagisce la rete ad una eventuale perdita di una linea. Per un pi`u chiaro confronto dei risultati si far`a l’ipotesi di perdere sempre la stessa linea che collega i nodi 4-9.
Figura 3.13: Rete B - Flussi transitanti nelle linee con e senza sistema VSC con perdita della linea 4-9
Figura 3.14: Rete B - Tensione nei nodi della rete con e senza sistema VSC con perdita della linea 4-9
Tabella 3.12: Rete B - Confronto tra le potenze transitanti nelle nuove linee AC e HVDC nel caso di outage della linea 4-9
Linea (bus) 5-15 15-20 5-20 16-20 Transito AC (MW) -20 33 30 21
Transito DC(MW) -70 -53 144 -90
Le condizioni della rete tendono comunque a rimanere migliori nella con- dizione di linea HVDC. Con il crescere delle potenze, anche a fronte di contin- gentazioni si nota come i flussi nella rete AC possano subire anche variazioni significative ma ci`o non accade nella rete DC che ovviamente controlla i flussi di potenza attiva in ingresso e uscita dalle stazioni e pertanto tende a dimi- nuire le condizioni di carico, in termini di potenza transitante sulle linee, alla restante porzione di rete.
3.3
Rete C - Caso 14 + 30 nodi
Valutiamo ora il caso del collegamento della nostra rete a 14 nodi ad una rete pi`u forte, nello specifico una rete a 30 nodi. L’ipotesi dietro a questo collega- mento `e creare una rete con molta generazione rispetto al carico (quella a 14 nodi) e trovare delle condizioni di stress collegandola ad una rete forte (30 nodi), in particolare trovando una eventuale soluzione ad un sovraccarico di una o pi`u linee. Prima di trovare le condizioni di stress valutiamo le presta- zioni della rete in condizioni di regime senza perturbazioni.
Anche stavolta valuteremo l’applicazione della sottorete in DC con sistema VSC multiterminale analizzando la matrice di sensitivity. Dall’analisi della matrice risulta che i nodi di nostro interesse, sempre per ridurre i flussi tran- sitanti sulle linee, sono il 27,6,33 e 36. Cos`ı facendo creiamo la nuova rete di figura 3.15
Figura 3.15: Nuova rete AC-DC. In rosso i collegamenti tra le due zone, in blu il posizionamento del sistema VSC multiterminale e le nuove linee AC da confrontare. - Rete C
Di seguito viene riportata la tabella di equivalenza tra il numero assegnato al branch ed i nodi da esso connessi.
Tabella 3.13: Rete C - Tabella di equivalenza tra branch e nodi collegati
branch nodi collegati branch nodi collegati 1 1 - 2 32 23 - 24 2 1 - 3 33 24 - 25 3 2 - 4 34 25 - 26 4 3 - 4 35 25 - 27 5 2 - 5 36 28 - 27 6 2 - 6 37 27 - 29 7 4 - 6 38 27 - 30 8 5 - 7 39 29 - 30 9 6 - 7 40 8 - 28 10 6 - 8 41 6 - 28 11 6 - 9 42 31 - 32 12 6 - 10 43 31 - 35 13 9 - 11 44 32 - 33 14 9 - 10 45 32 - 34 15 4 - 12 46 32 - 35 16 12 - 13 47 33 - 34 17 12 - 14 48 34 - 35 18 12 - 15 49 34 - 37 19 12 - 16 50 34 - 39 20 14 - 15 51 35 - 36 21 16 - 17 52 36 - 41 22 15 - 18 53 36 - 42 23 18 - 19 54 36 - 43 24 19 - 20 55 37 - 38 25 10 - 20 56 37 - 39 26 10 - 17 57 39 - 40 27 10 - 21 58 39 - 44 28 10 - 22 59 40 - 41 29 21 - 22 60 42 - 43 30 15 - 23 61 43 - 44 31 22 - 24 62 2 - 36 - - 63 27 - 33
Tabella 3.14: Rete C - Perdite nei sistemi AC senza e con rete VSC e perdite complessive con VSC
Perdite AC(MW) 17 Perdite AC con sistema VSC (MW) 11 Perdite complessive AC+HVDC+Conv(MW) 21
Figura 3.17: Rete C - Tensione nei nodi della rete con e senza sistema VSC Tabella 3.15: Rete C - Confronto tra le potenze transitanti nelle nuove linee AC e HVDC
Linea (bus) 27-36 33-36 2-33 Transito AC (MW) 1.5 4 0.6
Transito DC(MW) 37 117 63
In questo caso le perdite si riducono ancora una volta di circa il 30% considerando solo la porzione di rete in AC e complessivamente superano di poco il 20% considerando anche convertitori e cavi HVDC.
Regolando opportunamente le potenze dei convertitori (-80 MW 60 MVar; 50 MW 60 Mvar; 60MW 45 Mvar) si ottengono risultati interessanti per quanto riguarda il rilassamento della rete.
3.3.1
Stress della rete
Anche stavolta valutiamo un aumento del carico di 45 MW rispetto ai 448 iniziali. Si aggiungono 22 e 23 MW rispettivamente nei nodi 29 e 34.
Figura 3.18: Rete C - Tensione ai nodi della rete con e senza sistema VSC a seguito dell’aumento di carico per 45 MW
Figura 3.19: Rete C - Flussi di potenza nella rete con e senza sistema VSC a seguito dell’aumento di carico per 45 MW
Tabella 3.16: Rete C - Perdite nei sistemi AC senza e con rete VSC e perdite complessive con VSC a seguito dell’aumento di carico per 45 MW
Perdite AC(MW) 25 Perdite AC con sistema VSC (MW) 13 Perdite complessive AC+HVDC+Conv(MW) 23
Tabella 3.17: Rete C - Confronto tra le potenze transitanti nelle nuove linee AC e HVDC
Linea (bus) 27-36 33-36 2-33 Transito AC (MW) -4 -5 10
Transito DC(MW) 37 117 63
Anche in questo caso il vantaggio `e notevole, soprattutto per quanto ri- guarda la capacit`a di contenere le cadute di tensione ai nodi.
Il nodo 29, infatti, ha un crollo del 10% del suo valore di tensione che viene ridotto a solo il 4 nel caso di installazione di rete VSC. Questo `e giustificato dalla possibilit`a del VSC di fornire potenza reattiva direttamente dalle sta- zioni di conversione che, se posizionate correttamente, riescono a mitigare le brusche cadute di tensione.
Anche per il caso di rete a 44 nodi si effettuer`a l’analisi della situazione in cui venga persa una linea, sempre la linea 4-9 e quali effetti abbia questo evento sulla tenuta della rete, confrontando il caso con e senza l’installazione di una rete magliata VSC-HVDC(in questo caso i nodi saranno 34 e 39).
Figura 3.20: Rete C - Tensione ai nodi della rete con e senza sistema VSC con perdita della linea 34-39
Figura 3.21: Rete C - Flussi di potenza nella rete con e senza sistema VSC con perdita della linea 34-39
Tabella 3.18: Rete C - Confronto tra le potenze transitanti nelle nuove linee AC e HVDC
Linea (bus) 27-36 33-36 2-33 Transito AC (MW) 2 7 0.3
Transito DC(MW) 37 117 63
Si pu`o notare come anche in questo caso tutto il sistema sia in migliori condizioni operative e che a seguito di distacchi di branch, le linee in AC risultano complessivamente pi`u scariche nel caso di installazione di rete VSC ed in generale i paranetri tensione e potenza attiva risultino rientrare in un range pi`u ristretto di fluttuazione.
3.4
Rete D - Caso 5 nodi - windfarm
Un altro esempio che merita interesse pu`o essere l’applicazione del VSC ad un campo eolico (3 gruppi da 50 MW), idealmente off-shore, che possa inter- connettersi con la rete in AC tramite un sistema multiterminale. Si sfrutter`a un collegamento del tipo illustrato in figura 3.22
Figura 3.22: Impostazione del problema wind farm VSC multiterminale
L’installazione di una rete HVDC magliata con sistema VSC multiter- minale permette molti vantaggi utilizzando il droop voltage control. Come illustrato in precedenza, il droop control necessita dei valori di riferimento per tensioni e potenze ai nodi in DC per funzionare correttamente e gestire i flussi di potenza come voluto. Data la costruzione della rete non avrebbe senso confrontare i valori di potenza e tensione con il caso solo alternata, in quanto abbiamo comunque necessit`a di collegare la wind farm alla terra ferma tramite cavi in HVDC.
Si opta per la costruzione di una rete in DC VSC multiterminale con droop control.
Figura 3.23: Rete D - Sistema AC 5 nodi e windfarm offshore connessa tramite rete magliata HVDC-VSC
Per impostare i valori di riferimento, sempre facendo riferimento a [14] si ricorre a un power flow dc con impostati i valori della tabella:
Bus 4 6 7 8 P (MW) -50 - 50 -50
v (p.u.) - 1 - -
Immettendo i valori di 3.19 si ottengono i seguenti valori di tensioni e potenze ai nodi della rete DC:
Bus 4 6 7 8
P (MW) -48.723 45.608- 51.238 -48.751 v (p.u.) 1.0050 1 0.9980 1.0030
Tabella 3.20: Risultato del load flow DC con valori di riferimento
Come `e ben visibile dalla tabella 3.21 i valori si discostano molto da quelli voluti nel caso di load flow dc senza droop control ai terminali vsc. Per ovviare a questo problema si procede iterativamente per impostare correttamente i valori di riferimento nel droop control, pertanto si impostano i terminali 4 e 8 con i valori di potenza e tensione usciti dal load flow DC, mentre i terminali 6 e 7 si mantengono ai valori nominali di 50 MW e 1 p.u. Il risultato `e il seguente:
Bus 4 6 7 8
P (MW) -49.443 49.305 49.076 -49.415 v (p.u.) 1.0000 0.9950 0.9940 0.9980
Tabella 3.21: Risultato del load flow con impostati i parametri di voltage droop control
In questo modo si mantiene fissa la tensione lato DC sul nodo 4, che ci interessa particolarmente in quanto `e quello che permette il collegamento alla rete AC, mentre gli altri valori risultano essere sufficientemente vicini a quelli nominali. Sono interessanti ai fini dell’analisi i valori dei flussi di potenza all’interno della rete DC (`e stata ipotizzata una singola opzione di carico e generazione per le pale). Di seguito la tabella di corrispondenza tra nome del branch e nodi da esso collegati.
Tabella 3.22: Rete D - Tabella di equivalenza tra branch e nodi collegati
branch nodi collegati 1 1 - 2 2 1 - 5 3 2 - 3 4 2 - 5 5 3 - 4 6 4 - 5 7 6 - 7 8 8 - 7
Figura 3.25: Rete D - Tensione ai nodi della rete 6 nodi e windfarm
Figura 3.26: Rete D - Flussi di potenza nella rete AC
Le perdite complessive della rete si mantengono su 31 MW su un totale di 1020 MW di carico.
Tabella 3.23: Rete D - Perdite in AC con il sistema VSC-HVDC e complessive della rete VSC e convertitori
Perdite AC nel sistema con HVDC(MW) 25 Perdite complessive AC+HVDC+Conv (MW) 31
L’obiettivo era di erogare potenza alla rete in AC dalla wind farm e que- sto `e possibile impostando la pendenza della retta del controllo voltage droop negativa, cos`ı come la potenza a vuoto.
E’ interessante notare se e come sia possibile variare i flussi di potenza sia in ingresso alla rete in AC sia per regolare i flussi all’interno della rete DC, quindi cambiando i parametri di lavoro dei convertitori VSC, per far fronte, ad esempio, a differenti condizioni di generazione dovute ai generatori eolici. Poniamoci nella condizione in cui si voglia far produrre i generatori a circa 20 MW e vediamo come si ripartiscono i flussi di potenza.
Come al solito si fa prima un load flow in DC e poi si impostano i valori per i convertitori VSC. In questa condizione tutti i generatori stanno erogando 20 MW e la rete riesce a portare tutti i 60 MW alla rete in AC (le condizioni di carico restano immutate).
Bus 4 6 7 8
P (MW) -62.530 20.625 20.435 21.194 v (p.u.) 1.008 1.004 1.003 1.004
Figura 3.27: Flussi di potenza nella rete DC - sistema windfarm generazione 20 MW per generatore
Figura 3.28: Tensione ai nodi della rete 5 nodi e windfarm con generazione 20 MW per generatore
Figura 3.29: Flussi di potenza nella rete AC - sistema windfarm generazione 20 MW per generatore
Confrontando le due situazioni si vede come i flussi di potenza in AC siano praticamente invariati, mentre ci`o non avviene per i flussi in DC che si riequilibrano per far passare la potenza richiesta nei nodi. Proprio prendere in considerazione il flusso di potenza nelle linee in DC potrebbe essere interes- sante per valutare come eventualmente ripartirli a piacimento. Se ad esempio volessimo ripartire gli attuali 10 MW nel branch 7-8 anche nel branch 6-8, potremmo agire nel modo seguente:
Per una ripartizione grezza, senza toccare le potenze dei convertitori `e pos- sibile modificare il valore della tensione di riferimento nel droop control e agire sulla pendenza della retta. Impostare un valore di tensione di 0.935 ed un valore della pendenza (slope) da 0.0070 a 0.0030 fa si che venga ripartito quasi a met`a il valore di potenza che prima transitava in un unica linea HV- DC. Questo, tuttavia, cambia molto i valori di potenza misurata ai nodi DC della rete come mostrato nella Tabella 3.25:
Tabella 3.25: Risultato del load flow con nuove condizioni di generazione e ripartizione grezza dei flussi in DC
Bus 4 6 7 8
P (MW) -66.602 16.537 16.341 33.400 v (p.u.) 0.980 0.976 0.974 0.975
Figura 3.30: Flussi di potenza nella rete DC - sistema windfarm generazione 20 MW e ripartizione grezza del flusso sul branch 7-8
Per avere dei flussi meglio ripartiti nella rete in DC `e quindi necessario ritoccare i valori di potenza dei convertitori, impostandoli a lavorare a po- tenze leggermente pi`u basse e incidendo quindi in maniera pi`u netta sulla caratteristica del droop control. Si impostano quindi i convertitori dei nodi 6 e 7 a 18 MW, mentre la caratteristica del convertitore 8 viene abbassata a un valore di tensione di riferimento 0.955 con slope 0.0050 e 20 MW di potenza di riferimento per ottenere i valori riportati in Tabella 3.26
Tabella 3.26: Risultato del load flow con nuove condizioni di generazione e ripartizione grezza dei flussi in DC
Bus 4 6 7 8
P (MW) -63.588 17.577 17.390 28.338 v (p.u.) 1.001 0.997 0.996 0.997
Figura 3.31: Flussi di potenza nella rete DC - sistema windfarm generazione 20 MW e ripartizione efficiente del flusso sul branch 7-8
In questa condizione tutti i convertitori e quindi tutti i branch che colle- gano in DC i generatori eolici riescono ad avere flussi di potenza mai superiori ai 10 MW, permettendo quindi (con le condizioni di generazione indicate, ov- vero di circa 20 MW ad impianto) di dimensionare correttamente la rete DC che collega i vari elementi della wind farm, senza sovradimensionare i cavi per potenze maggiori dovute a squilibri dei convertitori che possono quindi essere corrette agendo sui convertitori stessi.
Capitolo 4
Conclusioni e prospettive
Il sistema VSC-HVDC multiterminale, secondo molteplici studi e previsioni, risulter`a essere tra le tecnologie dominanti per la realizzazione delle vere e proprie smart-grid, soprattutto in Europa. I forti investimenti della Comunit`a Europea e dei pi`u grandi ed importanti produttori in quest’ambito evidenzia- no come ci sia una volont`a sia politica che di impresa verso una regolazione ottimale dei flussi ed un conseguente risparmio in termini di perdite comples- sive sulla rete, tutte prospettive che renderanno economicamente vantaggiosa l’installazione di sistemi di produzione da energia rinnovabile. Il fotovoltaico e l’eolico, in particolare, saranno i sistemi che sicuramente avranno un van- taggio maggiore dalla presenza di grandi infrastrutture VSC-HVDC come dimostrano gli esperimenti pilota sulle grandi wind farm nel Mare del Nord in via di realizzazione e il progetto DESERTEC [4], tra le infrastrutture pi`u ambiziose in via di realizzazione in tutto il continente europeo.
Figura 4.1: Progetto DESERTEC - previsione dell’infrastruttura e delle fonti energetiche rinnovabili utilizzate
L’analisi si `e svolta sugli eventuali e possibili vantaggi dell’installazione di sistemi in corrente continua a supporto di tensione all’interno di reti AC di varia complessit`a.
Lo sviluppo di questa tesi ha determinato come effettivamente possa essere preso in considerazione il sistema VSC-HVDC per migliorare l’assetto della rete in termini di livelli di tensione dei nodi e potenza transitante sulle linee, anche in presenza di squilibri.
Da un primo confronto su cosa ci si poteva aspettare dall’installazione di reti HVDC e quali siano i dati risultanti dalle simulazioni, questa analisi ha cercato di rispondere alla domanda se sia effettivamente vantaggiosa questa tecnologia e se sia da considerarsi una valida alternativa sia in condizioni ”off-shore”, dove l’utilizzo di linee in corrente continua `e obbligato, sia ”on- shore”.
Analizzando le prime tre reti, dove `e stato effettuato un confronto tra una stessa linea in AC ed una in DC con supporto di tensione, si `e visto come in realt`a in tutte le condizioni, anche di stress, il valore di tensione ai nodi riesce sempre a mantenersi pi`u vicino a quello desiderato rispetto al caso di reti in corrente alternata.
Per quanto riguarda le perdite, se il vantaggio in termini di flussi transi- tanti sulle linee, escluse le nuove installazioni, mostra un vantaggio concreto rilassando la rete, in termini di perdite complessive questo vantaggio viene praticamente eroso se si considerano le perdite dei convertitori, che per po- tenze sostenute iniziano ad essere importanti.
Con la Rete D, invece, si `e analizzata una tipologia di controllo delle stazioni di conversione, simulando una piccola rete in AC alla quale viene connessa una wind-farm con generazione da eolico. Il voltage-droop control, se corret- tamente utilizzato, permette di regolare in maniera molto precisa i flussi di potenza da e verso la rete, aumentando l’affidabilit`a di tutto il sistema in varie condizioni di generazione.
In un orizzonte temporale di medio termine le nuove grid VSC-HVDC e in particolar modo le nuove tecnologie di controllo in via di sviluppo, permet- teranno un nuovo incremento di energia prodotta da fonte eolica e fotovol- taica, pi`u forte e con maggiori prospettive per il futuro in termini di qualit`a, affidabilit`a e gestione di quelli avuti negli ultimi anni.
Bibliografia
[1] http://it.wikipedia.org/wiki/High_Voltage_Direct_Current. [2] https://en.wikipedia.org/wiki/High-voltage_direct_current# Voltage-source_converters_.28VSC.29. [3] http://europa.eu/rapid/press-release_IP-10-231_en.htm? locale=en. [4] http://www.desertec.org.[5] Mats Andersson. Black start of a passive AC network using bipolar LCC HVDC. ABB research, 2015.
[6] Gianluca Fulli Angelo l’Abbate. Sustainability analysis of VSC-HVDC in the liberalised european power system; a practical case. IEEE Bucharest Power Tech Conference, 2010.
[7] Jef Beerten. Matacdc 1.0 user’s manual. University of Leuven (KU Leuven) Dept. Electrical Engineering (ESAT), Division ELECTA, 2012. [8] C.D. Barker J-P. Dupraz W. Grieshaber C. Davidson, R.S. Whitehouse. ”a new ultra-fast HVDC circuit breaker for meshed DC networks”. 2014. [9] Tuan Le Anders Mannikoff Feng Wang, Lina Bertling and Anders Bergman. An overview introduction of VSC-HVDC: State-of-art and potential applications in electric power systems. Cigr`e publications, 2011.
[10] Neil Kirby. Applications for high-voltage direct current transmission technologies. State of HVDC Technologies conference. Arlington, VA, April 22nd, 2013.
[11] Roberto Marconato. Volume 2 di sistemi elettrici di potenza. Sistemi elettrici di potenza, Clup, 1984.
[12] Pavol Bauer S´ılvio Rodrigues, Rodrigo Teixeira Pinto and Jan Pie- rik. Optimal power flow control of vsc-based multiterminal dc network for offshore wind integration in the north sea. IEEE JOURNAL OF