Evaluation of key performance indices for frequency quality : A method for evaluating frequency stability in the Nordic power system

Autor: Larbi Engelbrektsson, Sophia
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2023
Předmět:
Druh dokumentu: Text
Popis: The Nordic power system is in a changing phase, with more power electronic interfaced connections, and HVDC connections to other synchronous areas, which impacts the frequency quality. This is a challenge for the transmission system operator of Sweden, Svenska Kraftnät, who, with the other Nordic transmission system operators, is responsible for the physical balancing of the Nordic power system. To ensure that the grid can maintain stable operation when power imbalances or a disturbance occur, the frequency quality is important to evaluate. According to the current measurement of frequency quality, minutes outside of the standard frequency band, the frequency quality in the Nordic power system has been deteriorating. The current measurement does not capture what impact the frequency quality and needs to be redefined, with more precise measurements, for Svenska Kraftnät to be able to take necessary actions to ensure stability of the power system. Therefore, the purpose of this project is to determine which key performance indices, KPIs, can be used to develop the definition of frequency quality, and which system parameters are captured by the different KPIs. This project is executed with simulations in Matlab/Simulink to determine the impact five system parameters have on 15 different KPIs, and the results from the simulations are validated with historical data. The results indicate that all system parameters can be captured with KPIs, but after validation with historical data only two system parameters, which correlated with four KPIs, were deemed to be valid. The amount of FCR-N energy activated can be captured with the standard deviation of frequency, frequency area, and number of FCR-D activations. The kinetic energy can be captured by the standard deviation of RoCoF. The KPIs are recommended to be used to identify, and measure, the impact of new technical requirements for frequency control, and how the frequency stability is impacted by changes in the system. The conclusion is that four key performance indices are recommended to improve the definition of frequency quality, and further research is recommended to further define the concept of frequency quality.
För tillfället sker stora förändringar i det nordiska elsystemet. Fler produktionsanläggningar och industrier ansluts med kraftelektronik och fler HVDC-anslutningar byggs till andra synkronområden, vilket har stor inverkan på frekvenskvalitén. Detta leder till nya utmaningar för det svenska transmissionsnätets systemansvariga myndighet, Svenska Kraftnät, som gemensamt med sina nordiska motsvarigheter är ansvariga för den fysiska balanseringen i det nordiska synkronområdet. Det är viktigt att kontinuerligt följa upp frekvenskvalitén i transmissionsnätet så att stabil drift kan garanteras både vid mindre obalanser eller i händelse av större störningar. Det nuvarande nyckeltalet för uppföljning av frekvenskvalité, minuter utanför normalbandet, indikerar att frekvenskvalitén i det nordiska synkronområdet har blir sämre de senaste åren. Det nuvarande nyckeltalet indikerar inte vad som påverkar frekvenskvalitén och behöver omdefinieras med mer precisa nyckeltal för att Svenska Kraftnät ska kunna vidta nödvändiga åtgärder för att garantera en stabil drift av transmissionnätet. Syftet med examensarbetet är att definiera nya nyckeltal för att beskriva frekvenskvalité samt undersöka vilka systemparametrar som fångas av de olika nyckeltalen. I detta projekt har simuleringar utförts i Matlab/Simulink för att bestämma den inverkan fem olika systemparametrar har på 15 olika nyckeltal. Resultaten från simuleringar valideras med historisk data. Resultaten från simuleringen indikerar att de fem systemparametrarna kan fångas av olika kombinationer av de föreslagna nyckeltalen, men efter validering med historisk data bedöms enbart två systemparametrar fångas av totalt fyra nyckeltal. Systemparametern aktiverad FCR-N energi fångas av tre nyckeltal: frekvensens standardavvikelse, frekvensarea och antal FCR-D-aktiveringar. Systemparametern kinetisk energi fångas av ett nyckeltal: frekvensderivatans standardavvikelse. De fyra identifierade nyckeltalen kan användas för att identifiera och mäta hur frekvenskvalitén påverkas av nya tekniska krav, samt hur frekvensstabilitet påverkas av förändringar i systemet. Slutsatsen för detta projekt är att fyra nya nyckeltal rekommenderas för att utveckla definitionen av frekvenskvalité. Vidare arbete rekommenderas för att kunna utveckla begreppet vidare.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
Externí odkaz: