SUPERVISOR
Mohamadamin Latifi,Gholamreza Yousefi
محمدامین لطیفی (استاد راهنما) غلامرضا یوسفی (استاد مشاور)
STUDENT
Sarineh Hacopian Dolatabadi
سارینه هاکپیان دولت آبادی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393
TITLE
Optimized Coordination of Power System and Natural Gas Network Flexibility Options
The increasing trend of complexity in the power system due to the utilization of the vast number of options in order to support the increasing consumption of the electricity and improve the efficiency level , needs new procedures to improve the performance of the power system from the economic and the technical aspects . The challenge in the power system planning is attaining the optimal economic performance while the technical performance is acceptably improved . In order to achieve to this goal , in this thesis , we proposed a model to obtain an economically optimal performance of the power system through an optimize coordination of the power system flexibility options . To achieve this aim , we presented a framework to coordinate the power system flexibility options including the allocation and utilization of the electrical energy storage systems , implementation of the demand response programs , consideration of the transmission switching possibility and also utilization of fast responsive power generation units with higher ramp rate constraints in the power systems to enable the system to adapt to the different operational conditions . Accordingly , as the first step of our proposed modeling procedure for the power system planning , we tried to introduce an optimal planning method associated with the coordinated consideration of the power system flexibility options . Afterward , as the next step we studied the impacts of the natural gas network constraints and limitations on the performance of the power system . This approach has been adopted in order to analyze the interdependency between the power system and the natural gas network . To generalize the proposed model of coordinated optimization of the power system flexibility options considering the natural gas network constraints , aforementioned two networks are considered as two parts of a greater system with a considerable impact on the each other . At this step , we were aimed at improving the performance of the entire system from the economic and technical aspects . As the last step of modeling , the proposed model is enhanced to a stochastic coordinated optimization problem , able to encounter with the uncertainties of wind power generation . The coordinated optimization problem for the power system flexibility options is modeled in the context of a Mixed Integer Linear Programming (MILP) . In order to solve the large scale optimization problem , proposed in this model , we formulated the problem in the form of the Benders Decomposition algorithm . The simulations of the proposed model implemented on the numerical case studies have been solved by GAMS v.24.1.3 using the solver CPLEX v.12 . The numerical case studies of this thesis are conducted on modified versions of the IEEE 14-bus benchmark and the Belgian 20-node high-calorific gas network , adapted for the numerical case studies of this thesis . The analysis conducted on the results of the proposed model implementation on the studied cases , acknowledge the efficiency of the proposed model at each step of the study on the power system economically optimal performance and the flexibility improvement , simultaneously , under different operational conditions . The improvement in the performance of the entire system from the technical and the environmental aspects is also among the noticeable achievements of this study . The results of this study , due to the adoption of a holistic approach may help the power system and the natural gas network operators and decision makers adopt more economically efficient procedures in order to improve the operational status and issues pertaining to the entire system .
افزایش پیچیدگیهای سیستم قدرت از نظر بهکارگیری تجهیزات متعدد به هدف امکان تأمین مصرف روزافزون و ارتقای بهرهوری، نیاز به راهکارهایی برای ارتقای عملکرد اقتصادی و فنی سیستم قدرت را ایجاب کرده است. ازجمله مهمترین مسائل مطرح در حوزه مطالعات برنامهریزی سیستم قدرت، دستیابی به عملکرد بهینه اقتصادی در کنار ارتقای عملکرد فنی است. برای تحقق این هدف در این پایاننامه، مدلی برای دستیابی به عملکرد اقتصادی بهینه و افزایش میزان انعطافپذیری از طریق هماهنگسازی بهینه گزینههای ایجاد انعطافپذیری در سیستم قدرت پیشنهادشده است. در این راستا، مدلی برای هماهنگسازی گزینههای ایجاد انعطاف در سیستم قدرت شامل جایابی و بهرهبرداری سیستمهای ذخیرهساز انرژی، مدیریت برنامههای پاسخگویی بار، مکانیابی و بهرهبرداری از کلیدزنی خطوط انتقال و مدیریت بهرهبرداری واحدهای تولید با نرخ تغییرات تولید سریع ارائهشده است. در مدل پیشنهادی روندی تکاملی برای ارتقای مدل پیشنهادی بهنحویکه قادر به انطباق با وضعیتهای مختلف عملکردی سیستم قدرت باشد در نظر گرفتهشده است. بر این اساس در گام نخست برنامهریزی سیستم قدرت بهصورت بهینه با لحاظ گزینههای ایجاد انعطاف مورد توجه قرارگرفته است. در گام بعد، تأثیر شبکه گاز بر روی عملکرد سیستم قدرت، از طریق ارتقای مدل پیشنهادی و در نظر گرفتن محدودیتهای جدید حاصل از این تعامل، مطالعه شده است. در راستای تکمیل مدل پیشنهادی، سیستم قدرت و شبکه گاز بهعنوان دو زیرمجموعه مرتبط از یک مجموعه بزرگتر که دارای تأثیرات قابلتوجه بر روی یکدیگر هستند و به هدف دستیابی به عملکرد بهینه اقتصادی و ارتقای عملکرد فنی مجموعه مورد توجه بوده است. در این مرحله، برنامهریزی هماهنگ گزینههای ایجاد انعطافپذیری در شبکه گاز نظیر برنامهریزی سیستمهای ذخیرهسازی گاز برای ارتقای کارایی اقتصادی و فنی مجموعه نیز در نظر گرفتهشده است. در مرحله پایانی، مدل پیشنهادی برای در نظر گرفتن عدم قطعیت ناشی از بهکارگیری منابع تولید بادی و تأثیرات آن بر مجموعه، ارتقا یافته است. در تمامی مراحل ارتقای مدل، مسئله هماهنگسازی بهینه بهصورت یک مسئله بهینهسازی خطی آمیخته با اعداد صحیح مدل شده است. برای حل این مسئله به سبب ابعاد بزرگ آن از روش تجزیه بندرز استفاده و الگوریتم حل در نرمافزار GAMS پیادهسازی شده است. مطالعات عددی این پایاننامه بر روی شبکه 14 باس IEEE و شبکه 20 گرهی گاز کشور بلژیک که هر دو شبکه برای اهداف این پایاننامه اصلاحشدهاند صورت گرفته است. ارزیابی نتایج عددی حاصل از شبیهسازی، مبین کارایی مدلهای پیشنهادی در شرایط عملکردی مختلف است بهنحویکه دستیابی به عملکرد بهینه اقتصادی و ارتقای انعطافپذیری سیستم قدرت بهصورت توأم محقق میشود. بهبود وضعیت مجموعه از نظر فنی و زیستمحیطی نیز ازجمله دستاوردهای این مسئله است. نتایج حاصل از این پژوهش به علت رویکرد جامعنگرانه استفادهشده در مطالعه میتواند بهعنوان ابزاری مناسب در اختیار بهرهبرداران سیستم قدرت و شبکه برق قرار گیرد، بهنحویکه منجر به اتخاذ رویکردهای اقتصادی بهینه و کارا از نظر فنی شود.