The significant penetration of renewable resources in the power systems has significant consequences on the development and planning of power systems. Due to the lack of land resources and environmental oppositions, wind strategy is looking at offshore installations. This requires new criteria to set out the appropriate architecture for future offshore grid, in terms of topology, technology and reactive resources. Thanks to the good performance and the territorial potentiality, in Ireland the development of wind farms is considered as an important pivot on which expand the future transmission system, generation assets and satisfy the juridical constraints. The Irish Transmission System Operator, EirGrid, began to put the emphasis on these problems using a tool (ESPAUT) that, with a technical-economical optimization, develops the (inter)national grid satisfying the desired constraints. The results of this tool show the presence of offshore power plants connected to a meshed/mixed AC-HVDC network. Once that the network is designed, further analysis has to be carried out in order to cope with the typical problems of power systems (reactive allocation, short-circuit analysis, etc.). This work has the objective to develop a mathematical model which optimize the reactive allocation considering a multi-objective function. It is divided in two sequential sections: the former allocates the reactive resources in N and N-1 conditions, below called Voltage Planning Assessment (VPLA). The latter verifies if this allocation guarantees the desired margin from voltage collapse in N, N-1, N-g, N-g-1 conditions without the installation of extra VAR resources, below Voltage Collapse Margin Assessment (VCMA). Considered that possible integration to VPLA can occur, a new ACOPF constrained as in VPLA has to be performed in order to find out the new optimal operating point of the transmission system. The mathematical model is implemented in GAMS (a high-level modelling system for mathematical programming problems): after its application to a test grid, the model has been applied to the 2015 Irish transmission system.

La consistente penetrazione delle risorse rinnovabili nei sistemi di trasmissione elettrica ha implicato importanti conseguenze in termini di sviluppo e pianificazione degli stessi. A causa della mancanza di risorse sulla terraferma e di opposizioni ambientalistiche, lo sviluppo degli impianti eolici si è concentrato sulla ‘conquista’ del mare aperto. Nuovi criteri per lo sviluppo di future reti offshore sono pertanto necessari, tenendo conto di topologia, tecnologia ed installazione di risorse reattive. Efficienza e potenzialità territoriali hanno portato l’Irlanda a significativi sviluppi ed investimenti nel settore dell’energia eolica. Il gestore di rete irlandese, EirGrid, ha iniziato a focalizzarsi su questo tipo di problemi utilizzando un tool (ESPAUT) che, attraverso una funzione obiettivo tecnico-economica, è in grado di pianificare una rete elettrica che soddisfa i vincoli desiderati. I risultati prodotti da ESPAUT hanno evidenziato la presenza di impianti offshore collegati a reti AC-HVDC magliate. La considerazione di problemi tipici dei sistemi di trasmissione (allocazione reattiva, analisi di corto circuito, etc.) può essere effettuata una volta fissato la struttura della rete. Con il presente elaborato si vuole analizzare un modello matematico (sviluppato in GAMS) che è in grado di ottimizzare l’allocazione reattiva in una rete elettrica attraverso la considerazione di una funzione multi-obiettivo. In una prima fase la pianificazione delle risorse reattive avviene con un approccio tradizionale (di seguito VPLA) che considera la rete in condizioni di funzionamento normali (N) e perturbale (N-1). In seguito, viene effettuata una verifica del piano di reattivo considerando il margine del punto di lavoro dal collasso di tensione (di seguito VCMA). Nel caso in cui l’approccio VCMA allochi risorse reattive extra, un ACOPF finale è necessario per ri-ottimizzare il punto di lavoro del sistema. A valle di diverse sensitivities effettuate su una rete test, il modello è stato applicato alla rete irlandese.

Reactive planning procedure including voltage and (N-1) security assessment

ZUELLI, ROBERTO;CUNI, SIMONE
2012/2013

Abstract

The significant penetration of renewable resources in the power systems has significant consequences on the development and planning of power systems. Due to the lack of land resources and environmental oppositions, wind strategy is looking at offshore installations. This requires new criteria to set out the appropriate architecture for future offshore grid, in terms of topology, technology and reactive resources. Thanks to the good performance and the territorial potentiality, in Ireland the development of wind farms is considered as an important pivot on which expand the future transmission system, generation assets and satisfy the juridical constraints. The Irish Transmission System Operator, EirGrid, began to put the emphasis on these problems using a tool (ESPAUT) that, with a technical-economical optimization, develops the (inter)national grid satisfying the desired constraints. The results of this tool show the presence of offshore power plants connected to a meshed/mixed AC-HVDC network. Once that the network is designed, further analysis has to be carried out in order to cope with the typical problems of power systems (reactive allocation, short-circuit analysis, etc.). This work has the objective to develop a mathematical model which optimize the reactive allocation considering a multi-objective function. It is divided in two sequential sections: the former allocates the reactive resources in N and N-1 conditions, below called Voltage Planning Assessment (VPLA). The latter verifies if this allocation guarantees the desired margin from voltage collapse in N, N-1, N-g, N-g-1 conditions without the installation of extra VAR resources, below Voltage Collapse Margin Assessment (VCMA). Considered that possible integration to VPLA can occur, a new ACOPF constrained as in VPLA has to be performed in order to find out the new optimal operating point of the transmission system. The mathematical model is implemented in GAMS (a high-level modelling system for mathematical programming problems): after its application to a test grid, the model has been applied to the 2015 Irish transmission system.
BOVO, CRISTIAN
MANSOLDO, ANDREA
ING III - Scuola di Ingegneria dei Processi Industriali
22-apr-2013
2012/2013
La consistente penetrazione delle risorse rinnovabili nei sistemi di trasmissione elettrica ha implicato importanti conseguenze in termini di sviluppo e pianificazione degli stessi. A causa della mancanza di risorse sulla terraferma e di opposizioni ambientalistiche, lo sviluppo degli impianti eolici si è concentrato sulla ‘conquista’ del mare aperto. Nuovi criteri per lo sviluppo di future reti offshore sono pertanto necessari, tenendo conto di topologia, tecnologia ed installazione di risorse reattive. Efficienza e potenzialità territoriali hanno portato l’Irlanda a significativi sviluppi ed investimenti nel settore dell’energia eolica. Il gestore di rete irlandese, EirGrid, ha iniziato a focalizzarsi su questo tipo di problemi utilizzando un tool (ESPAUT) che, attraverso una funzione obiettivo tecnico-economica, è in grado di pianificare una rete elettrica che soddisfa i vincoli desiderati. I risultati prodotti da ESPAUT hanno evidenziato la presenza di impianti offshore collegati a reti AC-HVDC magliate. La considerazione di problemi tipici dei sistemi di trasmissione (allocazione reattiva, analisi di corto circuito, etc.) può essere effettuata una volta fissato la struttura della rete. Con il presente elaborato si vuole analizzare un modello matematico (sviluppato in GAMS) che è in grado di ottimizzare l’allocazione reattiva in una rete elettrica attraverso la considerazione di una funzione multi-obiettivo. In una prima fase la pianificazione delle risorse reattive avviene con un approccio tradizionale (di seguito VPLA) che considera la rete in condizioni di funzionamento normali (N) e perturbale (N-1). In seguito, viene effettuata una verifica del piano di reattivo considerando il margine del punto di lavoro dal collasso di tensione (di seguito VCMA). Nel caso in cui l’approccio VCMA allochi risorse reattive extra, un ACOPF finale è necessario per ri-ottimizzare il punto di lavoro del sistema. A valle di diverse sensitivities effettuate su una rete test, il modello è stato applicato alla rete irlandese.
Tesi di laurea Magistrale
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