Role of Distributed Flexibility in Distribution Network Operation and Planning

Thumbnail Image

Files

master_Aura_Matias_2025.pdf (1.81 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Electrical Engineering | 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

2025-02-24

Department

Major/Subject

Electrical Power and Energy Engineering

Mcode

Degree programme

Master's Programme in Automation and Electrical Engineering

Language

en

Pages

88

Series

Abstract

As the power system continues to transition due to decarbonization efforts, the increasing integration of renewable energy sources (RES) and distributed energy resources (DERs) presents new challenges to distribution system operators (DSOs). These challenges include excessive voltage fluctuations, power congestion, and reverse power flows, necessitating innovative solutions to maintain grid efficiency and stability. Flexibility, the ability to adjust electricity consumption or generation in response to fluctuation in the supply or demand of electricity, has emerged as a key enabler in improving DSO operations and planning practices which are needed to overcome these new challenges. This thesis investigates the role of distributed flexibility in addressing these challenges within the distribution network. The study examines the European and Finnish DSO environments, exploring the current state of flexibility utilization and analyzing the impact of distributed flexibility on the Finnish distribution network through simulations of various future network scenarios. A mixed-methods research approach was applied by using qualitative findings from Finnish DSO interviews and surveys, and quantitative analysis by means of distribution system simulations using Finnish DSO grid data. The results from the qualitative analysis revealed the benefits that Finnish DSOs believe flexibility offers, as well as the concerns they had about the reliability of flexibility, lack of local flexibility market, and the regulatory limitations surrounding flexibility utilization. The consensus regarding adopting flexibility practices in Finland was that presently Finnish distribution networks are very strong with not much need for flexibility utilization, but with growing electrification these practices may be crucial in coming years to alleviate issues with the distribution network. By simulating future network conditions with Finnish DSO grid data, electrification was found to cause congestion issues within the distribution network in these scenarios. The utilization of flexibility was tested and found to minimize these network congestion issues. Further flexibility strategies and how DSOs should evolve their network planning and operations practices are examined.

Sähköjärjestelmän siirtyessä kohti vähähiilisyyttä, uusiutuvien energialähteiden ja hajautettujen energiaratkaisujen lisääntyvä integrointi luo jakeluverkonhaltijoille uusia haasteita. Näihin haasteisiin kuuluvat liialliset jännitevaihtelut, verkkoruuhkat ja käänteiset tehovirrat, mikä edellyttää innovatiivisia ratkaisuja sähköverkon tehokkuuden ja vakauden ylläpitämiseksi. Joustavuus eli kyky mukauttaa sähkönkulutusta tai tuotantoa sähköntarjonnan ja kysynnän vaihteluiden mukaan on noussut keskeiseksi tekijäksi jakeluverkonhaltijoiden toimintojen ja suunnittelukäytäntöjen kehittämisessä, jotta nämä uudet haasteet voidaan ratkaista. Tässä diplomityössä tutkitaan hajautetun jouston roolia jakeluverkkoon liittyvien haasteiden ratkaisemisessa. Tutkimuksessa tarkastellaan Euroopan ja Suomen jakeluverkonhaltijoiden toimintaympäristöä, arvioidaan jouston nykyistä hyödyntämistä ja analysoidaan hajautetun jouston vaikutusta Suomen jakeluverkkoon simuloimalla useita tulevaisuuden verkkoskenaarioita. Tutkimuksessa sovellettiin monimenetelmällistä lähestymistapaa, jossa yhdistettiin laadullisia havaintoja suomalaisten jakeluverkonhaltijoiden haastatteluista ja kyselyistä sekä kvantitatiivista analyysiä jakeluverkon simuloinneilla käyttäen suomalaisten jakeluverkonhaltijoiden verkkodataa. Laadullinen analyysi toi esiin suomalaisten jakeluverkonhaltijoiden näkemyksiä jouston tarjoamista hyödyistä sekä heidän huolensa jouston luotettavuudesta, paikallisen joustomarkkinoiden puuttumisesta ja jouston hyödyntämiseen liittyvistä sääntelyrajoituksista. Yleinen näkemys joustokäytäntöjen käyttöönotosta Suomessa oli, että tällä hetkellä Suomen jakeluverkot ovat vahvoja, eikä joustavuuden hyödyntämiselle ole suurta tarvetta. Kuitenkin sähköistymisen lisääntyessä joustoratkaisut voivat tulevaisuudessa olla keskeisiä jakeluverkon ongelmien lieventämisessä. Simuloimalla tulevia verkko-olosuhteita suomalaisen jakeluverkon datalla havaittiin, että sähköistyminen aiheuttaa ruuhkautumista jakeluverkossa tietyissä skenaarioissa. Joustavuuden hyödyntäminen todettiin tehokkaaksi keinoksi minimoida nämä verkkoruuhkat. Tarkastellaan joustostrategioita ja sitä, miten jakeluverkonhaltijoiden tulisi kehittää verkon suunnittelua ja operatiivisia käytäntöjä.

Description

Supervisor

Lehtonen, Matti

Thesis advisor

Sirviö, Katja

Keywords

flexibility, distribution system, power system simulations, distribution system operator, demand response, finnish power system

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202503172810

Collections

[dipl] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC