Naslov (srp)

Novi decentralizovani pristup za primenu brze regulacije frekvencije u elektroenergetskim sistemima sa malom inercijom : doktorska disertacija

Autor

Stojković, Jelena, 1991-

Doprinosi

Mikulović, Jovan, 1968-
Šekara, Tomislav, 1965-
Đurišić, Željko, 1972-
Stefanov, Predrag, 1964-
Tasić, Dragan S., 1961-

Opis (srp)

Predmet istraživanja doktorske disertacije je razvoj metodologije za brzu regulacijufrekvencije koja je bazirana na lokalnim merenjima i primenjiva u elektroenergetskim sistemimamale inercije. Najvažniji doprinosi disertacije su sledeći:1. Razvijena je originalna upravljačka strategija za višestepenu brzu regulaciju frekvencijekoja obezbeđuje da više rezerve bude aktivirano u delovima sistema koji su više ugroženiporemećajem, a istovremeno uvažava i troškove usluge.U ovoj disertaciji je predložen jednostavan dizajn brze regulacije frekvencije koja koristiisključivo lokalno merene vrednosti frekvencije i brzine promene frekvencije. Predloženaupravljačka strategija ne zahteva postojanje telekomunikacione infrastrukture, te predstavljajednostavno i ekonomično rešenje. Na taj način su i izbegnuta kašnjenja usled prenosa upravljačkihsignala, što doprinosi bržem reagovanju rezerve. Korišćenjem lokalno merenih vrednosti brzinepromene frekvencije, postignuta je brža detekcija poremećaja i pravovremeno aktiviranje brzogfrekvencijskog odziva. Predloženi višestepeni dizajn omogućava da aktivirana rezerva budesrazmerna poremećaju, uz uvažavanje prostornih karakteristika, kako raspoložive rezerve, tako isistema u celini. Postojanje više stepeni, koji se aktiviraju pri različitim vrednostima brzinepromene frekvencije, omogućava da najviše rezerve bude aktivirano bliže poremećaju, aprvenstveno u delovima sistema sa malom inercijom. Na taj način se smanjuje propagacija uticajaporemećaja na stabilnost sistema. Takođe, višestepenim dizajnom je postignuto da trošak zaisporučenu rezervu bude manji. Simulacijama na jednomašinskom sistemu potvrđena je prednostvišestepenog u odnosu na jednostepeno rešenje. Osnovni uvid u prostornu aktivaciju brze regulacijefrekvencije nakon poremećaja dobijen je simulacijama na jednostavnom sistemu od tri oblasti, dokje simulacijama na sistemu jugoistočne Australije i IEEE sistemu sa 68 čvorova potvrđenaprimenljivost predložene upravljačke strategije. Dodatni doprinos ove disertacije je i predlogpotencijalnog okvira tržišta za brzu regulacije frekvencije kao nove sistemske usluge čime seobuhvata ekonomski aspekt pružanja ove usluge.2. Razvijeno je upravljanje HVDC sistema za pružanje usluge brze regulacije frekvencije.HVDC sistemi mogu brzo da promene aktivnu snagu, te predstavljaju značajan resurs kojimože da učestvuje u brzoj regulaciji frekvencije. Oni mogu da pruže frekvencijsku podršku sistemuneposredno nakon poremećaja, a znatno pre nego što frekvencija dostigne minimalnu vrednost.Zbog toga je u ovoj disertaciji analizirana primena HVDC sistema u brzoj regulaciji frekvencije irazvijena kontrola bazirana na lokalnim merenjima frekvencije i brzine promene frekvencije.Predstavljeno je adaptivno upravljanje HVDC sistema koje uzima u obzir veličinu poremećaja iinerciju sistema u kom se desio poremećaj. Predložena upravljačka strategija se sastoji od dvakoraka. U prvom koraku je odgovor HVDC sistema konstantan, dok se u drugom korakuprilagođava procenjenoj veličini poremećaja, čime se pruža adekvatnija podrška za očuvanjefrekvencijske stabilnosti u kritičnim uslovima. Novina predloženog rešenja je u primeni adaptivnogkoraka kojim je omogućeno da HVDC sistem, iako nema informacije o elektroenergetskom sistemui poremećaju, efikasno proceni poremećaj i aktivira dovoljne rezerve kojom se obezbeđujestabilnost sistema. Predložena upravljačka strategija je implementirana u MATLAB/Simulinku iverifikovana simulacijama na IEEE test sistemu sa 39 čvorova.3. Razvijena je metodologija kojom se kvantifikuje vrednost resursa za brzu regulacijufrekvencije u zavisnosti od njegove lokacije.ivIako se pokazalo da je lokacija resursa koji pruža uslugu brze regulacije frekvencije bitna upogledu doprinosa poboljšanju frekvencije u sistemu sa heterogenom raspodelom inercije, nijednoistraživanje nije kvantifikovalo vrednost resursa u zavisnosti od lokacije. Performanse resursazavise i od udaljenosti od mesta poremećaja, te je u ovoj disertaciji definisan kvantifikator pomoćukojeg se mogu porediti različite lokacije resursa za pružanje usluge brze regulacije frekvencije zaodređeni poremećaj i definisanu raspodelu inercije. Ovaj kvantifikator daje informaciju kojalokacija rezerve najviše doprinosi poboljšanju frekvencijske stabilnosti sistema i može pružitikoristan podatak operatoru prenosnog sistema u aktivnostima operativnog planiranja rada sistema.Pored definisanja kvantifikatora, u disertaciji je predložena i procedura kojom se porede različitelokacije resursa za brzu regulaciju frekvencije za listu poremećaja i određenu raspodelu inercije.Rezultati ove procedure mogu koristiti operatoru prenosnog sistema prilikom postupka alociranjarezerve za brzu regulaciju frekvencije za dan unapred kada je poznato angažovanje agregata unekom vremenskom intervalu, a sa tim i očekivana raspodela inercije u sistemu. Još jedan odnaučnih doprinosa ove disertacije je i metodologija za valorizaciju resursa za brzu regulacijufrekvencije koja nije ograničena na definisani poremećaj i radno stanje, kao ni na određenuraspodelu inercije u sistemu. Korišćenjem Monte-Carlo metode uvažen je veliki broj potencijalnihradnih stanja, raspodela inercije i poremećaja. Ova procedura može biti od značaja operatoruprenosnog sistema kao sredstvo poređenja resursa na različitim lokacijama sa aspekta planiranjarazvoja sistema. Takođe, rezultati ove procedure mogu dati smernice investitorima na kojimlokacijama treba postaviti resurse za brzu regulaciju frekvencije, odnosno na kojim lokacijama suovakvi resursi najznačajniji. Predložene procedure su primenjene na jednostavnom sistemu od trioblasti i sistemu jugoistočne Australije koji su modelovani u MATLAB/Simulinku.

Opis (srp)

Tehničke nauke - Elektrotehnika - Elektroenergetski sistemi / Technical science – Electrical engineering - Power Systems Datum odbrane: 07.06.2022.

Opis (eng)

The subject of the doctoral dissertation is the development of a methodology for fastfrequency control in low-inertia power systems based on local measurements. The most importantcontributions of the dissertation are the following:1. An original control strategy for multi-stage fast frequency control has been developed toensure that more reserves are activated in parts of the system that are more vulnerable todisturbance, considering service provision costs.This dissertation presents a simple design of a fast frequency control strategy that uses onlylocal measurements of frequency and rate of change of frequency. The proposed control strategydoes not require the existence of a telecommunications infrastructure and is a non-complex andcost-effective solution. In this way, delays due to the transmission of control signals are avoided,which contributes to a faster response of the reserve. By using the locally measured value of the rateof change of frequency, faster detection of disturbances and consequently timely activation of thefast frequency response is enabled. The proposed multi-stage design allows the activated reserve tobe proportional to the disturbance while respecting the spatial characteristics of the availablereserve and the system, thus minimizing the propagation of the disturbance impact on systemstability. By having several stages that are activated at different values of the rate of change offrequency, it has been achieved that most reserves are activated closer to the disturbance and inlow-inertia parts of the system. Also, the multi-stage control strategy prioritizes the use of a lowcost fast frequency response reserve. Simulations on a single-machine system confirmed theadvantage of a multi-stage over a single-stage solution. The basic insight into the spatial activationof fast frequency control after a disturbance was obtained by simulations on a simple three-areasystem, while simulations on the system of southeast Australia and IEEE 68 bus system confirmedthe applicability of the proposed control strategy. An additional contribution of this dissertation is apotential market framework for fast frequency control as a new ancillary service, which includes theeconomic aspect of providing this service.2. The control of the HVDC system has been developed to provide fast frequency controlservice.HVDC systems can quickly change the active power and, as such, represent a significantpotential resource that can participate in fast frequency control. They can provide frequency supportto the system immediately after a disturbance, well before the frequency reaches a minimum value.Therefore, in this dissertation, an analysis of the application of the HVDC system in fast frequencycontrol is provided and control based on local measurements of frequency and rate of change offrequency is developed. Adaptive control of the HVDC system is presented, which considers thesize of the disturbance and the inertia of the system in which the disturbance occurred. Theproposed control strategy consists of two steps. In the first step, the HVDC response is constantwhile in the second step, the HVDC response is adapted to the estimated size of disturbanceproviding more adequate support to preserve frequency stability during emergency conditions. Thenovelty of the proposed solution is in the adaptive step which enables the HVDC system, althoughthere is no information on the power system and disturbance, to efficiently assess and activatesufficient reserves to ensure the stability of the system. The proposed control strategy wasimplemented in MATLAB/Simulink and verified by simulations on the IEEE 39 bus system.vi3. A methodology has been developed to quantify the value of fast frequency controlresources depending on their location.Although the location of a resource that provides a fast frequency control service isimportant regarding frequency improvement in a system with a heterogeneous inertia distribution,no research has quantified the value of control resources based on their location. The performanceof resources also depends on the distance from the location of the disturbance. In this dissertation, aquantifier is defined by which different locations of resources for providing fast frequency controlservice for an exact disturbance and defined distribution of inertia can be compared. This quantifiercan provide useful information to the transmission system operator in the operational planningactivities, which would provide information on which location reserve contributes most to theimprovement of the frequency stability of the system. In addition to defined quantifiers, thedissertation proposes a procedure that can compare resource locations based on their contribution tofrequency stability for the list of disturbances and specific distribution of inertia. The results of thisprocedure may be useful to the transmission system operator during the reserve allocationprocedure for the day ahead planning when the operating state is identified and thus the expecteddistribution of inertia in the system is known. Another scientific contribution of this dissertation isthe methodology for the valorisation of resources that is not limited to specific disturbance andoperating system state, as well as for specific distribution of system inertia. Using the Monte-Carlomethod, a large number of potential operating states, inertia distributions, and disturbances aretaken into account. This procedure can be important for transmission system operators as a meansof comparing resources in different locations from the aspect of system development planning. Itcan answer where such resources are most important, as well as guide investors where to install fastfrequency control resources. The proposed procedures were applied to a simple three-area systemand a system of Southeast Australia modelled in MATLAB/Simulink.

Jezik

srpski

Datum

2022

Licenca

Ovo delo je licencirano pod uslovima licence
Creative Commons CC BY-NC-ND 3.0 AT - Creative Commons Autorstvo - Nekomercijalno - Bez prerada 3.0 Austria License.

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/at/legalcode

Predmet

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Elektroenergetski sistemi

frequency control; frequency stability; power system dynamics; low-inertia power systems

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Elektroenergetski sistemi

regulacija frekvencije; frekvencijska stabilnost; dinamika elektroenergetskog sistema; elektroenergetski sistemi male inercije