Methods for Monitoring Electromechanical Oscillations in Power Systems

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Haarla, Liisa, Dr., Fingrid, Finland
dc.contributor.advisor Turunen, Jukka, Dr., Fingrid, Finland
dc.contributor.author Seppänen, Janne
dc.date.accessioned 2017-06-14T09:02:54Z
dc.date.available 2017-06-14T09:02:54Z
dc.date.issued 2017
dc.identifier.isbn 978-952-60-7485-6 (electronic)
dc.identifier.isbn 978-952-60-7486-3 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn 1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/26856
dc.description.abstract Electromechanical oscillations are an inherent property of power systems and the damping of the oscillations is the limiting factor for the transmission capacity of certain transmission corridors. In the most severe situations, unstable oscillations may lead to blackouts. Thus, it is important to monitor the characteristics of the oscillations. The oscillations can be monitored for example by using phasor measurement units (PMU). The development of wide area monitoring systems (WAMS) consisting of several PMUs has enabled the use of multiple synchronized measurement signals received from several locations in the power system to be used for the monitoring and analysis of the oscillatory modes. This thesis presents four new multivariate methods (i.e. use several measurements from different locations of the grid) for the monitoring of the electromechanical modes. The methods are able to continuously identify electromechanical modes using ambient oscillations, which are mainly excited by load variations and are constantly present in power systems. The performance, characteristics and limitations of the methods are studied using simulated data as well as real measured data. This thesis also presents comparisons of different modal identification methods and illustrates additional analysis tools that can be used to support the modal identification in real power systems. This thesis shows that the proposed methods are functional for monitoring of electromechanical modes. Due to certain limitations in modal identification methods, the thesis also highlights the need of using additional tools, such as spectral analyses, which may significantly help the interpretation of modal identification results. The methods presented in this thesis can be used as building blocks for transmission system operators (TSO) to create functional applications for real-time and offline modal analysis of power systems. Consequently, the information given by the methods may be used to improve the security and reliability of power systems. en
dc.description.abstract Sähkömekaanista heilahtelua esiintyy sähkövoimajärjestelmissä jatkuvasti. Joissain voimajärjestelmissä sähkömekaanisen heilahtelun vaimennus rajoittaa verkon siirtokapasiteettia ja pahimmissa tapauksissa vaimenematon heilahtelu voi aiheuttaa laajoja sähkökatkoja. Mm. näistä syistä johtuen on tärkeää valvoa sähkömekaanista heilahtelua sähkönsiirtoverkoissa. Heilahtelua voidaan valvoa hyödyntäen osoitinmittalaitteita (phasor measurement unit, PMU). Useista PMU:ista koostuvien laajan alueen valvontajärjestelmien (wide area monitoring systems, WAMS) kehittymisen myötä sähkömekaanisten heilahtelumoodien valvonnassa ja identifioinnissa voidaan hyödyntää useita synkronoituja mittauksia. Tässä väitöskirjassa esitetään neljä uutta monimuuttujamenetelmää, jotka on tarkoitettu sähkömekaanisten heilahtelumoodien identifiointiin ja jatkuvaan valvontaan. Esitettävät menetelmät hyödyntävät WAMS-mittauksia useasta eri paikasta sähköverkossa ja käyttävät moodien identifiointiin verkossa esiintyvää jatkuvaa heilahtelua, jonka herätteenä toimivat mm. kuormien muutokset. Väitöskirjassa analysoidaan esitettyjen menetelmien toimintaa, ominaisuuksia ja rajoitteita sekä simuloidun että mitatun datan perusteella. Väitöskirjassa myös esitellään apumenetelmiä, joita voidaan käyttää hyödyksi moodien identifiointimenetelmien tulosten tulkinnassa ja visualisoimisessa. Väitöskirjan tulokset osoittavat, että esitetyt moodien identifiointimenetelmät soveltuvat sähkömekaanisen heilahtelun valvontaan. Tulosten perusteella väitöskirjassa suositellaan lisäksi moodien identifiointitulosten tulkintaa helpottavien apumenetelmien, kuten spektrianalyysimenetelmien, hyödyntämistä sähkömekaanisen heilahtelun valvonnassa. Kantaverkkoyhtiöt voivat käyttää väitöskirjassa esitettyjä menetelmiä WAMS-järjestelmissään ja tätä kautta saada tarkempaa tietoa sähkömekaanisen heilahtelun esiintymisestä ja ominaisuuksista voimajärjestelmässä. Tarkempaa tietoa voidaan mm. käyttää voimajärjestelmän käyttövarmuuden analysoimisessa ja kehittämisessä. fi
dc.format.extent 68 + app. 66
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto University en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.relation.ispartofseries Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS en
dc.relation.ispartofseries 114/2017
dc.relation.haspart [Publication 1]: J. Seppänen, L. Haarla, and J. Turunen, Modal analysis of power systems with eigendecomposition of multivariate autoregressive models, in Proceedings of the 2013 IEEE PowerTech, Grenoble, France, June 16-20, 2013. DOI: 10.1109/PTC.2013.6652230
dc.relation.haspart [Publication 2]: J. Seppänen, J. Turunen, M. Koivisto, N. Kishor, and L. Haarla, Modal analysis of power systems through natural excitation technique, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 29, no. 4, pp. 1642-1652, July 2014. DOI: 10.1109/TPWRS.2013.2295319
dc.relation.haspart [Publication 3]: J. Seppänen, J. Turunen, M. Koivisto, and L. Haarla, Measurement based analysis of electromechanical modes with second order blind identification, Electric Power Systems Research, vol. 121, pp. 67-76, April 2015. DOI: 10.1016/j.epsr.2014.11.023
dc.relation.haspart [Publication 4]: J. Seppänen, S. K. Au, J. Turunen, and L. Haarla, Bayesian approach in the modal analysis of electromechanical oscillations, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 32, no. 1, pp. 316-325, Jan. 2017. DOI: 10.1109/TPWRS.2016.2561020
dc.relation.haspart [Publication 5]: J. Seppänen, A. Tuononen, A. J. Nikkilä, J. Turunen, and L. Haarla, Experiences in using damping estimation methods in real-time oscillation monitoring, in Proceedings of the 2015 IEEE PowerTech, Eindhoven, Netherlands, June 29 - July 2, 2015. DOI: 10.1109/PTC.2015.7232597
dc.relation.haspart [Publication 6]: J. Turunen, J. Seppänen, A. J. Nikkilä, and L. Haarla, Using spectral analysis and modal estimation for identifying electromechanical oscillations: A case study of the power system in northern Norway and northern Finland, in Proceedings of the IEEE International Conference on Power Engineering, Energy and Electrical Drives (POWERENG), Riga, Latvia, May 11-13, 2015. DOI: 10.1109/PowerEng.2015.7266305
dc.subject.other Electrical engineering en
dc.title Methods for Monitoring Electromechanical Oscillations in Power Systems en
dc.title Menetelmiä sähkömekaanisen heilahtelun valvontaan voimajärjestelmässä fi
dc.type G5 Artikkeliväitöskirja fi
dc.contributor.school Sähkötekniikan korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Electrical Engineering en
dc.contributor.department Sähkötekniikan ja automaation laitos fi
dc.contributor.department Department of Electrical Engineering and Automation en
dc.subject.keyword ambient oscillation en
dc.subject.keyword electromechanical oscillation en
dc.subject.keyword modal identification en
dc.subject.keyword PMU en
dc.subject.keyword power system dynamics en
dc.subject.keyword WAMS en
dc.subject.keyword sähkömekaaninen heilahtelu fi
dc.subject.keyword moodien identifiointi fi
dc.subject.keyword sähkövoimajärjestelmän dynamiikka fi
dc.identifier.urn URN:ISBN:978-952-60-7485-6
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.contributor.supervisor Lehtonen, Matti, Prof., Aalto University, Department of Electrical Engineering and Automation, Finland
dc.opn Rehtanz, Christian, Prof., TU Dortmund University, Germany
dc.opn Renner, Herwig, Prof., Graz University of Technology, Austria
dc.contributor.lab Power Systems and High Voltage Engineering en
dc.rev Rehtanz, Christian, Prof., TU Dortmund University, Germany
dc.rev Uhlen, Kjetil, Prof., Norwegian University of Science and Technology, Norway
dc.date.defence 2017-06-27


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account