Investigation of steady-state grid constraints due to renewable energy and new loading

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis

Authors

Date

2024-08-23

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

106

Series

Abstract

This study investigates the steady-state grid constraints caused by increasing complexity of the meshed Finnish transmission grid. Complexity in the grid is increased by, for example, distributed generation and renewable energy, and new loading. Steady-state grid analysis is performed to study three constraints in this study: voltage magnitudes, voltage angles, and line thermal loadings. Our study will utilize a simulation-based approach to examine the functionality and adaptability of the 2023 Finnish 400kV transmission grid. 2035 load and generation approximations are superimposed onto this 2023 grid to model the future network complexity. Each scenario will present a unique weather circumstance, which will influence the operation of the 400kV network. Three prominent transmission network power flow methods will be compared for efficiency: Newton Raphson, Gauss-Seidel, and Fast Decoupled Load Flow. The core objective is to evaluate the performance of these methods in solving power flow for a meshed network and ensuring optimal network operation. Another significant aim of this thesis is to develop an open-source model that doesn’t require expensive software licenses. This will provide a transmission model suitable for use by a wider range of energy system engineers and researchers, with an Excel interface that facilitates the addition of new nodes and connections. This study concludes that the choice of power flow method in a meshed transmission network depends on the specific requirements and system constraints. Hence, this study highlights the importance of continuous evaluation and optimization of transmission network methods to ensure reliable and efficient power system operation.

Tässä tutkimuksessa selvitetään sähköverkon rajoituksia, joita Suomen kantaverkon monimutkaistuminen aiheuttaa. Verkon monimutkaisuutta lisäävät esimerkiksi hajautettu tuotanto ja uusiutuva energia sekä uusi kuormitus. Tasaisen tilan verkkoanalyysi suoritetaan kolmen rajoitteen tutkimiseksi tässä tutkimuksessa: jännitteen suuruudet, jännitekulmat ja linjan lämpökuormitukset. Tutkimuksessamme hyödynnetään simulaatiopohjaista lähestymistapaa Suomen vuoden 2023 400 kV siirtoverkon toimivuuden ja soveltuvuuden selvittämiseen. Vuoden 2035 kuormituksen ja sukupolven likiarvot on asetettu tämän vuoden 2023 ruudukon päälle tulevan verkon monimutkaisuuden mallintamiseksi. Jokainen skenaario esittää ainutlaatuisen säätilanteen, joka vaikuttaa 400 kV verkon toi-mintaan. Kolmea näkyvää siirtoverkon tehovirtausmenetelmää verrataan tehokkuuden suhteen: Newton-Raphson, Gauss-Seidel ja Fast Decoupled Load Flow. Keskeisenä tavoitteena on arvioida näiden menetelmien suorituskykyä verkon tehovirran ratkaisemisessa ja verkon optimaalisen toiminnan varmistamisessa. Toinen tämän opinnäytetyön tärkeä tavoite on kehittää avoimen lähdekoodin malli, joka ei vaadi kalliita ohjelmistolisenssejä. Tämä tarjoaa laajemman energiajärjestelmän insinöörien ja tutkijoiden käyttöön soveltuvan siirtomallin, jossa on Excel-käyttöliittymä, joka mahdollistaa uusien solmujen ja yhteyksien lisäämisen. Tässä tutkimuksessa päätellään, että tehonvirtausmenetelmän valinta siirtoverkossa riippuu erityisvaatimuksista ja järjestelmän rajoituksista. Tästä syystä tämä tutkimus korostaa siirtoverkkomenetelmien jatkuvan arvioinnin ja optimoinnin tärkeyttä voimajärjestelmän luotettavan ja tehokkaan toiminnan varmistamiseksi.

Description

Supervisor

Millar, John

Thesis advisor

Millar, John

Keywords

power flow analysis, transmission network, software, meshed network

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202408255794

Collections

[dipl] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC