Skip to main content
SUPERVISOR
عباس کتابی (استاد مشاور) محمداسماعیل همدانی گلشن (استاد راهنما)
 
STUDENT
Masoud Hajiakbari Fini
مسعود حاجی اکبری فینی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1393

TITLE

Improving the Frequency Stability of Power Systesms with A High Penetration of Renewables
To facilitate the increase in the penetration of renewables in the powers systems, this thesis aims at alleviating the concerns raised for the frequency control schemes as a result of integration of renewables to the grid including the increased rate of change of frequency (ROCOF), larger frequency deviations that might endanger the frequency stability, lower frequency quality and the increased wear and tear of the generating units participating in frequency control. Proper indices are introduced to quantify these performance criteria. It has been shown that, when the voltage of the buses does not experience large deviations after the disturbances, the frequency response model (FRM) can accurately calculate all the performance indices except ROCOF. However, large voltage deviations reduce the accuracy of FRM in calculating all the performance indices. A simplified network preserving () model has been proposed in this thesis for calculating the performance indices; especially ROCOF. To rise to the aforementioned challenges, increasing the inertia of the grid through a combination of virtual inertia and synchronous condensers and incorporating loads in frequency control have been suggested in this thesis. Two control schemes are proposed for the coordinated participation of loads together with generating units in frequency control. Determining the parameters of these control schemes has been defined as optimization problems with proper objective functions and constraints. It has been shown that using the control parameters obtained by solving these problems, the proposed methods can achieve the determined objectives. Keywords: Demand response, Frequency stability, Multi-objective optimization, Power system modeling, Renewable energy resources, Virtual inertia, Wear and tear of generating units.
افزایش نفوذ منابع انرژی تجدیدپذیر در سیستم های قدرت چالش های جدیدی برای این سیستم ها بوجود می آورد. بطوریکه کاهش این چالش ها برای امکان اتصال امن ظرفیت بالاتری از این منابع به شبکه، ضروری است. از مشکلات مهم بوجودآمده در اثر اتصال منابع انرژی تجدیدپذیر به شبکه های قدرت، کاهش کیفیت فرکانس و به مخاطره افتادن پایداری فرکانس سیستم است. ماهیت متغیر با زمان توان تولیدی منابع انرژی تجدیدپذیر باعث افزایش تغییرات فرکانس و در نتیجه افزایش تغییر توان منابع انرژی مشارکت کننده در کنترل فرکانس می شود. این امر استهلاک منابع انرژی شرکت کننده در کنترل فرکانس را افزایش می دهد. علاوه براین باجایگزین شدن منابع انرژی مبتنی بر ژنراتور سنکرون با منابع انرژی تجدیدپذیر اینورتری، ثابت اینرسی شبکه و رزرو کنترل فرکانس کاهش یافته که خود باعث افزایش نرخ تغییرات فرکانس و حداکثر انحراف فرکانس می شود. بنابراین در این رساله به مطالعه تاثیر افزایش نفوذ منابع انرژی تجدیدپذیر روی مشخصات پاسخ فرکانس از جمله حداکثر انحراف فرکانس و نرخ تغییرات فرکانس پرداخته می شود و در این راستا امکاناتی که با بکارگیری آن ها، می توان مشکلات ایجادشده از نظر پایداری و کیفیت فرکانس سیستم های قدرت با نفوذ بالای منابع انرژی تجدیدپذیر را کاهش داد، مرور می شوند. عملکرد مدل های ساده شده مختلف از نظر دقت و میزان محاسبات برای مطالعات فرکانس مورد بررسی قرار می گیرد و روش هایی مبتنی بر تعریف مسائل بهینه سازی برای بهبود پاسخ فرکانس سیستم های قدرت با نفوذ بالای منابع انرژی تجدیدپذیر از طریق برنامه ریزی منابع اینرسی مجازی و کندانسورهای سنکرون و همچنین بهره برداری توام منابع سنتی و بارهای مشارکت کننده در کنترل فرکانس پیشنهاد می شود. به این منظور، در این رساله ابتدا به معرفی چالش های بوجودآمده برای طرح های کنترل فرکانس در اثر افزایش نفوذ منابع انرژی تجدیدپذیر پرداخته شده و معیارهای مناسب برای بررسی وضعیت سیستم از نقطه نظر این مسائل معرفی می شود. سپس به بررسی مدل اجزای مختلف سیستم قدرت پرداخته شده و مدل برخی از اجزا مانند توربین های بخار و گازی برای استفاده در مطالعات فرکانس بهبود داده می شود . در ادامه مروری بر مدل های موجود برای محاسبه فرکانس سسیستم قدرت پس از وقوع عدم تعادل توان انجام شده و مدل ساده شده سیستم قدرت با حفظ آرایش شبکه پیشنهاد می شود. سپس ضمن بررسی دقت و هزینه محاسباتی مدل های ساده شده سیستم قدرت، مناسب بودن این مدل ها برای محاسبه شاخص های مختلف بررسی می شود. پس از آن به بررسی امکانات موجود برای رفع مشکلات ناشی از اتصال منابع انرژی تجدیدپذیر به شبکه و چالش های پیش رو درصورت استفاده از هر یک از این امکانات پرداخته می شود. در نهایت برای رفع مشکلات بوجود آمده در اثر اتصال منابع انرژی تجدیدپذیر طرح هایی درحوزه برنامه ریزی و بهره برداری ارائه می شود. گام اول نگه داشتن نرخ تغییرات فرکانس سیستم در محدوده مجاز است که به دلیل در نظرگرفتن صرفه اقتصادی با افزایش اینرسی سیستم از طریق استفاده همزمان از اینرسی مجازی و کندانسورهای سنکرون تحقق می یابد. تعیین اینرسی باس های مختلف بصورت یک مسئله بهینه سازی با قیدها و تابع هدف های مناسب برای سیستم های قدرت بزرگ و جزیره ای مانند ریزشبکه ها پیشنهاد می شود. سپس دو طرح کنترل فرکانس برای بهبود پایداری و کیفیت فرکانس سیستم های قدرت بزرگ و همچنین کاهش استهلاک منابع مشارکت کننده در کنترل فرکانس ارائه می شود. در این طرح ها، بارها برای کمک به ژنراتورها در کنترل فرکانس استفاده و به گونه ای مدیریت می شوند که آسایش مصرف کنندگان تحت تاثیر قرار نگیرد. طرح های کنترل فرکانس بطور جداگانه برای سیستم هایی که غالب نیروگاه های سنتی آنها حرارتی یا آبی هستند پیشنهاد می شود. برای سیستم هایی که کنترل فرکانس در آن ها به عهده توربین های آبی است، طرحی برای هماهنگی توربین های آبی و خودروهای الکتریکی مشارکت کننده در کنترل فرکانس پیشنهادشده است.هدف این طرح استفاده از خودروهای الکتریکی برای حفظ پایداری فرکانس و پایداری سیگنال کوچک، بهبود کیفیت فرکانس و کاهش استهلاک توربین های آبی بصورتی است که عملکرد عادی خودروها تحت تاثیر قرار نگیرد. تعیین مقدار مناسب پارامترهای هر یک از این طرح ها بصورت یک مسئله بهینه سازی چندهدفه مدل شده و با روش مناسب حل می شود. با استفاده از مطالعات شبیه سازی، کارایی طرح های پیشنهادی در رسیدن به اهداف تعیین شده با بکارگیری پارامترهای بدست آمده از حل مسئله بهینه سازی نشان داده می شود. کلمات کلیدی: استهلاک نیروگاه ها- اینرسی مجازی- بهینه سازی چندهدفه-پاسخ تقاضا-مدلسازی سیستم های قدرت- پایداری فرکانس- منابع انرژی تجدیدپذیر

ارتقاء امنیت وب با وف بومی