Power System Stability in High Renewable Share Grids

Thumbnail Image

Files

master_Lehtinen_Oula_2020.pdf (10.97 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2020-12-14

Department

Major/Subject

Electrical Power and Energy Engineering

Mcode

ELEC3024

Degree programme

AEE - Master’s Programme in Automation and Electrical Engineering (TS2013)

Language

en

Pages

113+6

Series

Abstract

Power system stability has been traditionally centered around the characteristics of synchronous generators which form the basis of electricity production and operation of power systems. However, the conventional fossil-fired generation is increasingly being replaced by converter-interfaced renewable generation, especially wind and solar power. This thesis investigates the implications of this technological transformation to power system stability. Frequency, voltage and rotor angle stability phenomena related to large sudden power imbalances are studied with Matlab/Simulink simulation software using the IEEE 39-bus test system and the generic WECC models for utility-scale converter-interfaced wind power plants and battery energy storage systems. The simulations are executed in discrete phasor domain under varying levels of converter-interfaced generation. The simulation results suggest that the battery energy storage system could be a technically viable candidate for replacing the missing rotational inertia and primary response of synchronous generators during the periods of high levels of converter-interfaced generation.

Sähkövoimajärjestelmien stabiilius on perinteisesti määräytynyt tahtigeneraattorien ominaisuuksien perusteella. Uusiutuva energiantuotanto, erityisesti suuntaajakytketty tuuli- ja aurinkosähkö ovat kuitenkin viime aikoina alkaneet täydentää ja vähitellen syrjäyttää verkossa olevaa tahtikonevoimalaitoskantaa. Työssä tutkitaan tämän teknologisen murroksen vaikutuksia sähköjärjestelmien stabiiliudelle. Taajuus-, jännite- ja kulmastabiiliusilmiöiden tutkimiseen käytetään MATLAB/Simulink-ohjelmistoa. Tutkimusalustana käytetään IEEE:n testiverkkoa, johon sijoitetaan myös WECC:n yleiskäyttöisten mallien mukaisia suuntaajakytkettyjä tuulivoimalaitoksia ja akkujärjestelmiä. Simulaatiot suoritetaan aikatasossa osoitinlaskentaan perustuvassa simulaatioympäristössä. Simulaatiotulosten perusteella nopeat akkujärjestelmät soveltuisivat korvaamaan tahtikoneiden inertiaa sekä taajuusohjattujen reservien vastetta tilanteissa, joissa verkossa on paljon suuntaajakytkettyä tuotantoa.

Description

Supervisor

Lehtonen, Matti

Thesis advisor

Alahäivälä, Antti

Keywords

power system stability, inertia, wind power, converter, BESS

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2020122056416

Collections

[dipl] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC