Methods for Damping Inter-Area Oscillations in the Nordic Power System

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Electrical Engineering | Doctoral thesis (monograph) | Defence date: 2017-10-27
Date
2017
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
230 + app. 21
Series
Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS, 171/2017
Abstract
In the Nordic power system the damping of low frequency inter-area oscillations sets limits on the transfer capability when power is transferred from Finland to the other Nordic countries over AC transmission lines. In this thesis the damping of inter-area oscillations in the Nordic system has been studied, with the emphasis on the Finnish part of the system. A full scale system model of the Nordic system has been used in the studies. Two different software packages have been used that can handle large power system models. For non-linear simulations the PSS/E software has been used, and for linear-analysis the software package PacDyn. A new method based on long-distance frequency responses has been introduced for controllability assessment. With this method an approximation of the relative variation in controllability factor magnitudes can be obtained by comparing the frequency responses of transfer functions over long distances. Another new method that is based on linear feedback over long distances has been introduced to verify the effects on damping and to show the correlation to results from computations with long-distance frequency responses. The advantage of these two methods is that they can be used with both non-linear and linear system models. Long-distance frequency response computations, combined with computations of damping using feedback over long distances, has proven to be a methodology that gives the same information about controllability as computation of controllability factors with linear analysis software. For practical purposes, the long-distance frequency response computations alone may give sufficient information about the controllability of the inter-area modes. A third new method that is based on synthesized feedback over long distances was introduced to be used with the non-linear system model. The effects on damping with HVDC power modulation, controlled shunt compensation (SVC), controlled series compensation (TCSC), and power system stabilizers of generators were studied with linear analysis. The results from the linear analysis were compared to results obtained with the non-linear model. A good agreement was found. It was further discovered that there is a strong correlation between the rate of change of phase angles in the frequency response of the transfer function for bus voltage control and damping from SVC operating in bus voltage control.

Yhteispohjoismaisessa voimansiirtojärjestelmässä matalataajuiset tehoheilahtelut ovat siirtokapasiteettia rajoittava tekijä sähkön vientitilanteessa Suomesta muihin pohjoismaihin AC siirtoyhteyksien kautta. Tässä väitöskirjassa on tutkittu yhteispohjoismaisen sähköjärjestelmän alueiden välisten tehoheilahtelujen vaimennusta tutkimusten painotuksen ollessa järjestelmän suomalaisessa osassa. Tutkimuksissa on käytetty yhteispohjoismaisen sähköjärjestelmän laajamittaista systeemimallia. On käytetty kahta eri laskentaohjelmaa, joilla pystytään käsittelemään suuria sähköverkkomalleja. Epälineaarisiin simulointeihin on käytetty PSS/E verkostolaskentaohjelmaa, ja lineaarisiin analyyseihin on käytetty PacDyn ohjelmistopakettia. Ohjattavuuden määrittämiseen on esitetty uusi pitkän etäisyyden taajuusvasteisiin perustuva menetelmä. Tällä menetelmällä voidaan saada arvio ohjattavuuskertoimien suuruuksien suhteellisesta vaihtelusta vertailemalla taajuusvasteita pitkän etäisyyden siirtofunktioiden välillä. Toinen uusi menetelmä on esitetty, joka perustuu lineaariseen takaisinkytkentään pitkien etäisyyksien yli, jolla voidaan määrittää vaikutukset vaimennukseen ja näyttää korrelaatio pitkän etäisyyden taajuusvasteisiin perustuviin laskelmiin. Näiden kahden menetelmän valtti on, että niitä voi käyttää sekä epälineaaristen että lineaaristen systeemimallien kanssa. Pitkän etäisyyden taajuusvastelaskennat, yhdessä lineaariseen takaisinkytkentään pitkien etäisyyksien yli perustuvien vaimennuslaskelmien kanssa, on osoittautunut menetelmäksi, joka antaa saman informaation ohjattavuudesta kuin ohjattavuuskertoimien laskeminen lineaarisen analyysin ohjelmistolla. Käytännön tarkoituksiin pitkän etäisyyden taajuusvastelaskennat yksinään voivat antaa riittävän informaation alueiden välisten tehoheilahtelumoodien ohjattavuudesta. Myös kolmas uusi menetelmä on esitetty, joka perustuu syntetisoituun takaisinkytkentään pitkien etäisyyksien yli, jota on tarkoitus käyttää epälineaaristen systeemimallien kanssa. HVDC tehomoduloinnin, ohjatun rinnakkaiskompensoinnin (SVC), ohjatun sarjakompensoinnin (TCSC) ja generaattorien lisästabiloinnin vaikutuksia vaimennukseen tutkittiin lineaarisella analyysillä. Tuloksia vertailtiin epälineaarisella verkkomallilla saatuihin tuloksiin. Hyvä yhtäläisyys saavutettiin. Lisäksi löydettiin vahva korrelaatio jännitteensäädön siirtofunktion taajuusvasteen vaihekulman gradientin ja vaimennuksen välillä SVC:n toimiessa jännitteensäädössä.
Description
Supervising professor
Lehtonen, Matti, Prof., Aalto University, Department of Electrical Engineering and Automation, Finland
Thesis advisor
Lakervi, Erkki, Prof., Finland
Keywords
nordic power system, inter-area oscillations, power system damping, generator power system stabilizer, controlled shunt compensation, controlled series compensation, HVDC power system stabilizer, FACTS, pohjoismainen voimansiirtojärjestelmä, alueiden väliset tehoheilahtelut, teho-heilahtelujen vaimentaminen, generaattorin lisästabilointi, ohjattu rinnakkaiskompensointi, ohjattu sarjakompensointi, HVDC lisästabilointi
Other note
Citation