TU Darmstadt / ULB / TUbiblio

Comparison of frequency control concepts in isolated power systems with diesel generators and fully rated wind energy converters

Papaioannou, Georgia :
Comparison of frequency control concepts in isolated power systems with diesel generators and fully rated wind energy converters.
[Online-Edition: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/6731]
Technische Universität , Darmstadt
[Dissertation], (2017)

Offizielle URL: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/6731

Kurzbeschreibung (Abstract)

Isolated power systems are usually small remote electrical power systems facing a range of technical challenges. Without possessing primary conventional energy resources of their own and being often situated long distances away from countries exporting fossil fuels, isolated power systems depend on expensive imports of primary energy for ensuring power generation. Integration of renewable energy sources would therefore seem to be both a practical and financially beneficial solution. Frequency stability is a crucial aspect for all electrical power systems. However, interconnected power systems have in comparison to isolated power systems the ability of maintaining frequency stable due to large conventional power plants and to power reserves, as well as mechanisms that prevent a system collapse in case of a sudden severe power loss. The isolated power systems mentioned in this thesis dispose usually an autonomous power station (APS) mostly comprised from diesel fired synchronous generators and some kind of renewable energy sources. Since this is the most usual case in this thesis, the challenge of ensuring frequency stability for this kind of IPSs is presented, analysed and further explored by proposing and comparing frequency control concepts improving dynamic system response. Primary and secondary frequency control in isolated power systems takes place in a different way as in interconnected power systems. Existing frequency control concepts are presented and two of them are selected. Their relation to the two most common used speed governors for diesel fired synchronous generators are implemented and tuned as well. With reference to several dynamic simulation events like load steps and three - phase short circuits, these frequency control concepts are compared before and after tuning, so as to be able to propose a best practice for a network operator of isolated power systems generally. Moreover, the integration of Renewable Energy Sources and especially of fully rated wind energy converters is further explored. The aim is to determine if the proposed frequency control concept presented and explored before the integration would have a further positive effect after the integration, or if a new frequency control concept should be considered. At last, a real case study validates the selected frequency control concept. IPS of Lesbos in Hellas has been modelled in detail and according to real data provided from the Hellenic electricity distribution network operator. The generalisation of conclusions enables proposing a frequency control concept for isolated power systems operators improving frequency stability.

Typ des Eintrags: Dissertation
Erschienen: 2017
Autor(en): Papaioannou, Georgia
Titel: Comparison of frequency control concepts in isolated power systems with diesel generators and fully rated wind energy converters
Sprache: Englisch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Isolated power systems are usually small remote electrical power systems facing a range of technical challenges. Without possessing primary conventional energy resources of their own and being often situated long distances away from countries exporting fossil fuels, isolated power systems depend on expensive imports of primary energy for ensuring power generation. Integration of renewable energy sources would therefore seem to be both a practical and financially beneficial solution. Frequency stability is a crucial aspect for all electrical power systems. However, interconnected power systems have in comparison to isolated power systems the ability of maintaining frequency stable due to large conventional power plants and to power reserves, as well as mechanisms that prevent a system collapse in case of a sudden severe power loss. The isolated power systems mentioned in this thesis dispose usually an autonomous power station (APS) mostly comprised from diesel fired synchronous generators and some kind of renewable energy sources. Since this is the most usual case in this thesis, the challenge of ensuring frequency stability for this kind of IPSs is presented, analysed and further explored by proposing and comparing frequency control concepts improving dynamic system response. Primary and secondary frequency control in isolated power systems takes place in a different way as in interconnected power systems. Existing frequency control concepts are presented and two of them are selected. Their relation to the two most common used speed governors for diesel fired synchronous generators are implemented and tuned as well. With reference to several dynamic simulation events like load steps and three - phase short circuits, these frequency control concepts are compared before and after tuning, so as to be able to propose a best practice for a network operator of isolated power systems generally. Moreover, the integration of Renewable Energy Sources and especially of fully rated wind energy converters is further explored. The aim is to determine if the proposed frequency control concept presented and explored before the integration would have a further positive effect after the integration, or if a new frequency control concept should be considered. At last, a real case study validates the selected frequency control concept. IPS of Lesbos in Hellas has been modelled in detail and according to real data provided from the Hellenic electricity distribution network operator. The generalisation of conclusions enables proposing a frequency control concept for isolated power systems operators improving frequency stability.

Ort: Darmstadt
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektrische Energiesysteme > Elektrische Energieversorgung unter Einsatz Erneuerbarer Energien
Hinterlegungsdatum: 10 Sep 2017 19:55
Offizielle URL: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/6731
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-67311
Gutachter / Prüfer: Hanson, Prof. Dr. Jutta ; Moser, Prof. Dr. Albert
Datum der Begutachtung bzw. der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: 22 Juni 2017
Alternatives oder übersetztes Abstract:
AbstractSprache
Inselnetze sind im Allgemeinen kleine in sich geschlossene Energieversorgungssysteme, in denen unterschiedliche – im Vergleich zu Verbundnetzen andere - Herausforderungen zu bewältigen sind. Ohne eigene Ressourcen von Primärenergien und der Tatsache, dass die Entfernung zu Brennstoff liefernden Ländern zu groß ist, stehen Inselnetze in einer Abhängigkeit zu teuren Importen von Primärenergieträgern, um ihre Energieversorgung sicherzustellen. Die Integration von Erneuerbaren Energien scheint eine Lösung zu sein, die sowohl technisch als auch wirtschaftlich darstellbar ist. Frequenzstabilität ist ein zentraler Aspekt für die Funktionalität eines jeden Energieversorgungssystems. Große Verbundnetze haben im Gegensatz zu Inselnetzen die Möglichkeit, über konventionelle Großkraftwerke Frequenzstabilität zu gewährleisten. Des Weiteren stehen in Verbundnetzen große Reservekraftwerke und Steuerungsmechanismen zur Verfügung, die einem plötzlichen Spannungseinbruch entgegenwirken können. Inselnetze hingegen müssen aus verschiedensten Gründen auf eine derartige Infrastruktur verzichten. Das in dieser Arbeit betrachtete Inselnetz verfügt über eine gewöhnliche autonome Energieerzeugungsstation, welche mit dieselgespeisten Synchrongeneratoren betrieben wird. Ergänzend dazu ist in dem genannten Inselnetz ein kleiner Anteil an Erneuerbaren Energien installiert. Da dies dem Normalfall entspricht, werden die Herausforderungen zur Sicherstellung der Frequenzstabilität für diese Art von Inselnetzen betrachtet und analysiert. Im Rahmen der Analyse wird das entwickelte Konzept zur Primär- und Sekundärregelung vorgestellt und im Hinblick auf die Verbesserung der dynamischen Systemantwort untersucht. Die Primär- und Sekundärregelung in Inselnetzen muss im Vergleich zur Primär- und Sekundärregelung in Verbundnetzen differenziert betrachtet werden. Es werden bereits existierende Konzepte zur Primär- und Sekundärregelung vorgestellt und die Analyse der zwei meistverwendeten miteinander verglichen. Die Interaktion dieser meist eingesetzten Konzepte für dieselgespeiste Synchrongeneratoren wird implementiert und ausgewertet. Basierend auf durchgeführten dynamischen Simulationen sowie unterschiedlich angelegten Lastszenarien werden diese beiden Konzepte vor und nach dem Tuning miteinander verglichen. Durch diesen Vergleich lässt sich ein „best practice“-Ansatz ableiten, welcher Verteilnetzbetreibern von Inselnetzen vorgeschlagen werden kann. Des Weiteren wird die Integration von Erneuerbaren Energien und im Detail die Integration von Vollumrichter-Windenergieanalagen untersucht. Der Fokus liegt hier auf der Beweisführung, ob das entwickelte Konzept zur Primär- und Sekundärregelung auch nach der Integration von Erneuerbaren Energien einen positiven Effekt auf das System hat. Abschließend wird anhand einer realen Fallstudie das gezeigte Konzept zur Primär- und Sekundärregelung validiert. Grundlage hierfür stellt das Inselnetz der griechischen Insel Lesbos dar. Die technischen und topologischen Daten zum betrachteten Energieversorgungssystem wurden vom griechischen Verteilnetzbetreiber zur Verfügung gestellt. Durch die Untersuchung des dynamischen Verhaltens dieses realen Inselnetzes lassen sich die Ergebnisse bezüglich der vergleichbaren Konzepte übertragen und validieren. Die Abstraktion dieser ermöglicht es, dass ein verbessertes Konzept zur Primär- und Sekundärregelung für die Gewährleistung der Frequenzstabilität Betreibern von Inselnetzen vorgeschlagen werden kann.Deutsch
Export:

Optionen (nur für Redakteure)

Eintrag anzeigen Eintrag anzeigen