Centralized and local algorithms for damping low frequency power oscillations

摘要

Sekä normaalin toiminnan aikana että vikojen seurauksena sähkönsiirtojärjestelmissä voi esiintyä alueiden välisiä heilahteluja, joissa järjestelmän eri alueiden generaattorit heilahtelevat toisiaan vasten tahtinopeuksiensa ympärillä. Heilahtelut voivat heikentää verkon siirtokapasiteettia ja saattavat vaarantaa sen stabiilisuuden, joten niiden tehokas vaimentaminen on erittäin tärkeää järjestelmän toiminnan kannalta. Tämän työn tavoitteena oli tutkia kuinka alueiden välisiä tehoheilahteluja voidaan vaimentaa käyttämällä keskitettyjä säätöalgoritmeja. Perinteisesti heilahtelujen vaimentamiseen on käytetty paikallisia säätimiä, joissa takaisinkytkentään käytettävä mittaus otetaan ohjattavasta generaattorista. Laaja-alaisten mittausjärjestelmien kehittyminen on kuitenkin mahdollistanut eri puolilla verkkoa samanaikaisesti tehtyjen mittausten hyödyntämisen keskitetyissä säätöalgoritmeissa. Tässä työssä keskitettyjen säädinten muodostamiseen käytettiin LQR-säätöalgoritmia (Linear Quadratic Regulator), ja niitä käytettiin yhdessä paikallisten säädinten kanssa siten, että keskitetty säädin tuotti paikallista säädintä tukevan ohjaussignaalin.Keskitettyjen säätöalgoritmien tehokkuutta tarkasteltiin kahden verkkomallin avulla. Ensimmäinen malli oli kahdesta alueesta koostuva neljän generaattorin sähkönsiirtojärjestelmän malli. Toisena mallina käytettiin Uuden-Englannin ja New Yorkin sähkönsiirtojärjestelmän 16 generaattorin mallia. Keskitettyjen säädinten suorituskykyä tutkittiin järjestelmien lineaaristen tilaesitysten sekä epälineaaristen aikatason simulaatioiden avulla. Säädinten robustisuuden analysointia varten lineaarinen analyysi ja simulaatiot suoritettiin useissa verkon toimintapisteissä käyttämällä samaa säädintä. Tulosten vertailukohdaksi valittiin tilanne, jossa käytettiin pelkästään paikallisia säätimiä. Lineaarisen analyysin perusteella keskitetyillä säätimillä ohjatussa järjestelmässä alueiden väliset heilahtelut vaimentuivat tehokkaammin kuin käytettäessä pelkkiä paikallisia säätimiä. Simulaatioiden avulla havaittiin kuitenkin, että säätimen suorituskyky heikkeni järjestelmän toimintapisteen ja verkon topologian muuttuessa. Näin ollen tulevaisuudessa on keskeistä tutkia, kuinka säätimet voivat adaptoitua järjestelmässä tapahtuviin muutoksiin.