Cost-benefit analysis of reactive resources planning

Reactive Power Resources are essential to provide voltage control and minimization of losses. The absence or low quality of this service could alter the network in terms of security. This resource, compared with active power, is useful at a local level. Therefore, the ancillary service market solution must contain all those units necessary to provide the reactive capacity for voltage security of the system i.e., maintaining voltages under limits. Nevertheless, from an economic point of view, sometimes it would be better to implement a different approach in order to reduce the total cost of the ancillary service market (MSD). Instead of using reactive power from the units determined by the MSD solution to provide the security service, it is possible to connect compensation equipment directly to the grid and determine whether or not it can reduce the related voltage security costs. The latter is performed by applying a mathematical model that replicates the ancillary market behavior. The goal of this thesis is the development of a methodology to correctly evaluate the voltage security costs. A methodology that should become the base of future Cost-Benefit Analysis of investments into voltage security equipment. At practical level, this methodology is evaluated on a study case related to the model of the Italian HV transmission network. The capability of the methodology to evaluate the voltage security costs is tested in two situations: i) A Base Case where the existent shunt devices status is fixed to a predefined configuration and ii) A Case where the status is optimized by the algorithm. The comparison between the two cases shows the capability of reactive control devices with zero operating costs (shunt devices) to reduce the voltage security costs.

Le risorse di potenza reattiva sono essenziali per garantire il controllo della tensione e la minimizzazione delle perdite. L'assenza o la scarsa qualità di questo servizio potrebbe alterare la rete in termini di sicurezza. Questa risorsa, rispetto alla potenza attiva, è utile a livello locale. Pertanto, la soluzione del mercato dei servizi di dispacciamento deve contenere tutte quelle unità necessarie a fornire la capacità reattiva per la sicurezza di tensione del sistema, ovvero mantenendo le tensioni entro limiti. Tuttavia, da un punto di vista economico, a volte sarebbe meglio attuare un approccio diverso per ridurre il costo totale del mercato dei servizi di dispacciamento (MSD). Invece di utilizzare la potenza reattiva delle unità determinate dalla soluzione MSD per fornire il servizio di sicurezza, è possibile collegare le apparecchiature di compensazione direttamente alla rete e determinare se possono ridurre o meno i relativi costi di sicurezza della tensione. Quest'ultimo viene eseguito applicando un modello matematico che replica il comportamento del mercato ancillare. L'obiettivo di questa tesi è lo sviluppo di una metodologia per valutare correttamente i costi di sicurezza della tensione. Una metodologia che dovrebbe diventare la base della futura analisi costi-benefici degli investimenti in apparecchiature per la sicurezza della tensione. A livello pratico, questa metodologia viene valutata su un caso di studio relativo al modello della rete di trasmissione AT italiana. La capacità della metodologia di valutare i costi di sicurezza della tensione viene testata in due situazioni: i) Un caso base in cui lo stato dei dispositivi di shunt esistente è fissato a una configurazione predefinita e ii) Un caso in cui lo stato è ottimizzato dall'algoritmo. Il confronto tra i due casi mostra la capacità dei dispositivi di controllo reattivi a costi operativi nulli (dispositivi di shunt) di ridurre i costi di sicurezza della tensione.