Real-time estimation of power system inertia

In recent years, in order to reduce the environmental impact of fossil fuel power plants, in most electrical systems in the world, there has been a massive penetration of renewable energy. This phenomenon has allowed a reduction in the amount of CO2 released into the atmosphere, but has also highlighted a number of new issues never addressed before. One of the most signi cant is certainly the increase in frequency excursions as a result of power imbalances on the network. These become more and more intense and dangerous because generators based on renewable energy sources do not contribute to the equivalent inertia of the system. In this context a method to estimate system inertia in real time is increasingly important to ensure system security. An important help to this end has been provided by the development of Phasor Measurement Units (PMUs), which are devices able to acquire measurements from the network and provide phasors synchronized through Global Positioning System (GPS) in real time with high sampling rates, every 20-100 ms. This technology has allowed to have a large amount of measurements with a high sampling frequency, creating an environment suitable for the application of speci c algorithms for data manipulation called "Data-driven algorithm". The purpose of this thesis is to verify if there is the possibility to estimate, in real time, the equivalent inertia of a system using only the measurements of electric power and frequency. To this end, several perturbations have been simulated to verify the e ectiveness of the proposed inertia estimation methods. In addition, other comparative tests were also addressed regarding di erent topics such as: the choice of the most performant algorithm, the exclusive use of frequency and power variables and the sensibility of the PMUs. In particular, 7 tests were carried out, most of them consisting of two simulations each, in which the proposed methods are studied considering the same perturbation but located at di erent points of the system. Or in the comparative test, the same perturbation is considered, but the number of PMUs available and sample rates change.

Negli ultimi anni per ridurre l'impatto ambientale delle centrali elettrice a combustibile fossile, nella maggior parte dei sistemi elettrici nel mondo, vi è stata una massiccia penetrazione delle energie rinnovabili. Questo fenomeno ha bensì permesso una riduzione della quantità di CO2 immessa nell'atmosfera, ma ha anche evidenziato una serie di nuove problematiche. Una di quelle più rilevanti è sicuramente l'incremento delle escursioni di frequenza a seguito di squilibri di potenza sulla rete. Le quali diventano sempre più pericolose poiché i generatori basati su fonti di energia rinnovabile non contribuiscono all'inerzia equivalente del sistema. In questo contesto un metodo per stimare in tempo reale l'inerzia del sistema è sempre più importante per garantire la sicurezza del sistema. Un importante aiuto a tal ne è stato fornito dallo sviluppo delle Phasor Measurement Units (PMUs), le quali sono dei dispositivi in grado di acquisire misure in tempo reale con alte frequenze di campionamento, ogni 20-100 ms. Questa tecnologia ha permesso di avere a disposizione una grande quantità di misure con un elevata frequenze di campionamento creando un ambiente adatto all'applicazioni di speci ci algoritmi chiamati Data-driven algorithm . Lo scopo di questa tesi è veri care se vi è la possibilità di stimare, in tempo reale, l'inerzia equivalente di un sistema utilizzando solamente le misure di potenza elettrica e frequenza. A questo ne sono state simulate diverse perturbazioni per veri care l'e cacia dei metodi proposti per la stima dell'inerzia. Inoltre, sono stati a rontati anche altri test di confronto riguardo diversi temi come: la scelta dell'algoritmo più performante, l'uso esclusivo delle variabili di frequenza e potenza elettrica e la sesibilità delle PMU. In particolare, sono stati e ettuati 7 test, la maggior parte composta da due simulazioni ciascuno, in cui i metodi proposti vengono studiati considerando la stessa perturbazione ma situata in punti diversi del sistema. Oppure nei test di confronto viene considerata la stessa perturbazione, ma cambiano il numero delle PMU disponibili e la frequenza di campionamento.