Coordinated Frequency Control Using DC Interconnections Between AC Systems
Utilizing Fast Frequency Support through HVDC Links and Evaluating the Newly Uncovered Dynamics in Low-Inertia Power Systems
Tid: To 2024-04-18 kl 10.00
Plats: F3 (Flodis), Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm
Språk: Engelska
Respondent: Danilo Obradovic , Elkraftteknik
Opponent: Associate Professor Damian Flynn, University College Dublin, Dublin, Ireland
Handledare: Robert Eriksson, Elkraftteknik; Mehrdad Ghandhari, Elkraftteknik
QC 20240320
Abstract
Systemoperatörer av överföringssystem hanterar en allt större andel förnybara energikällor som ett resultat av pågående energiomställning. Förnybara energikällor, så som vind- och solkraft, ansluts till elsystemet genom kraftelektronik vilket innebär att de inte bidrar med tröghet till elsystemet. Minskning av tröghet i elsystemet försämrar frekvenshållningen, speciellt då stora obalanser inträffar. Frekvenshållningsreserverna (FCRs – frequency containment reserves) är utformade för att stabilisera frekvensen inom några sekunder efter att en obalans inträffat. I scenarier med låg tröghet i elsystemet och då en stor obalans inträffar kan frekvenshållningsreserverna vara otillräckliga för att stabilisera och hålla frekvensen inom acceptabla gränser. Detta innebär en risk för ofrivillig automatisk förbrukningsbortkoppling samt risk för nätsammanbrott och därmed allvarliga störningar i elförsörjningen. Syftet med denna avhandling är att undersöka snabb frekvensreserv i form av nödeffekt (EPC) från högspänd likströmsförbindelser (HVDC – high voltage direct current) som ett komplement till frekvenshållningsreserverna.
Tidigare forskning har inte tagit hänsyn till tekniska krav på frekvenshållningsreserverna och deras betydelse för utvärderingen av nödeffekt vilket denna avhandling avser att behandla. Dessutom har tidigare litteratur som undersöker nödeffekt inte utvecklat en effektiv och tillförlitlig lösning för ett elsystem där olika HVDC-länkar ingår.
I denna avhandling utvärderas olika designer av nödeffekt med syftet att minska frekvensavvikelsen efter att en stor obalans har inträffat samt syftet att undvika negativa stabilitetsinteraktioner. Dynamiska simuleringar genomförs och olika linjära reglertekniska metoder/teorier används i analyserna. Ett flertal olika elsystemmodeller används, från en enkel en-maskinekvivalenten till mer detaljerade fler-maskinmodeller. Syftet med att använda olika modeller är att kunna förklara och verifiera resultat från teoretiska beräkningar samt att fånga relevanta stabilitetsinteraktioner. Särskilt fokus är på spänningsberoende dynamik vilken ofta bortses vid utvärdering av frekvensresponsen. Avhandlingen undersöker även inverkan på småsignalstabilitet vid hög förstärkning i nödeffektregleringen.
Nödeffekt som regleras proportionellt mot frekvensavvikelsen och som använder lokala mätningar utgör en säker och robust lösning för att förbättra frekvensresponsen i det nordiska kraftsystemet, både i nu och framöver. Avhandlingen visar dessutom stabilitets- och kostnadsfördelar vid noga avvägd distribuering av nödeffekt mellan olika HVDC-förbindelser och samordning med frekvenshållningsreserverna. Den enkla och robusta nödeffektdesignen gör det möjligt att analysera olika dynamiska interaktioner och varierande strategier för att undvika negativa stabilitetsinteraktioner. Slutligen visar avhandlingen den övergripande positiva påverkan och framtida rollen av föreslagen nödeffektdesign.