Takawira Njenda

Thesis Title: Optimal Under-Frequency Load Shedding for future smart power systems based on the concept of WAMS and PMU taking into account the ability of observing the disturbance amount

Abstract: Daily the demand for power and energy is increasing due to the growth in world population and the advancement of industries. Consequently, modern power systems are usually operated very close to the steady state stability limit to meet this growing demand. When an online generator trips or a heavily loaded transmission line is interrupted the balance between demand and generation is disturbed and the frequency begins to decline. This threatens the secure operation of power systems, hence necessitate the need for intelligent schemes that can effectively handle such power system disturbances.  In situations where there is a severe and rapid decline in frequency, under frequency load shedding (UFLS) techniques are implemented to curtail portion of loads to balance the demand and generation. In this thesis, we propose two under frequency load shedding  methods. The first method is the wide area measurement systems (WAMS) based comprehensive UFLS scheme. Phasor measurement units are used to provide the real time status of the power system and based on these measurement restorative actions are easily implemented. The main shedding decision parameters are the disturbance magnitude which can be estimated using the disturbance observers or the swing equation and the minimum frequency which can be obtained through frequency prediction techniques such as polynomial curve fitting. The second methods encourages customer participation in demand response, here the real time consumed power is considered a reserve which can be shed to restore the frequency. Simulations are done on selected three reduced power systems models and on a highly detailed IEEE 39 bus system using matlab/Simulink.

Keywords: demand response, disturbance estimation, frequency prediction, smart grids, under frequency load shedding, wide area measurement systems

عنوان پایان نامه: بارزدایی فرکانس کم بهینه سیستم های قدرت هوشمند برمبنای مفهوم ناحیه گسترده (WAMS) و تجهیزات اندازه گیری فازوری با در نظر گرفتن امکان تخمین اندازه اختلال در زمان حقیقی

چکیده: امروزه با توجه به تقاضای روز افزون انرژی الکتریکی، سیستم‌های قدرت در نزدیکی مرزهای پایداری بهره‌برداری می‌شوند. هنگام خروج یک ژنراتور و یا یک خط انتقال دارای بار زیاد، تعادل بین تولید و مصرف از بین می‌رود و فرکانس سیستم افت میکند و این تهدیدی بزرگ برای امنیت سیستم قدرت محسوب می‌شود. بنابراین، نیاز به طرح‌های هوشمند برای مقابله با این عدم تعادل‌ها در سیستم، ضروری است. در شرایطی که افت فرکانس سریع و شدید است و عمل کنترل فرکانس به تنهایی کافی نیست، از طرح‌های قطع بار کاهش فرکانس (UFLS) برای قطع بخشی از بار و ایجاد تعادل در تولید و مصرف و در نتیجه بازیابی فرکانس، استفاده می‌شود. در این پایان‌نامه، یک طرح UFLS پیشنهاد شده است. یک جزء از طرح UFLS به‌تنهایی مبتنی بر WAMS است که در آن با فراهم‌شدن داده‌های زمان حقیقی PMUها، اقداماتی برای بازیابی سریع و مؤثر فرکانس صورت می‌گیرد. مهمترین پارامترهای تصمیم‌گیری در این طرح، تخمین اندازه اغتشاش است که توسط دو روش معادله نوسان و مشاهده‌گر اغتشاش، انجام می‌شود. پارامتر دیگر، حداقل فرکانس سیستم در پی اغتشاش است که توسط روش‌های پیش‌بینی فرکانس مانند روش برازش منحنی چندجمله‌ای و روش پاسخ فرکانس سیستم، قابل انجام است. بخش دیگر طرح، ایجاد رزرو گردشی مجازی مبتنی بر DSM است که در آن مشترکین برای شرکت در برنامه پاسخ‌گویی تقاضای اضطراری (EDR) تشویق می‌شوند. در واقع، این بارها نقش رزرو گردان در سیستم را ایفا می‌کنند که در مواقع اضطراری می‌توانند در فرآیند کاهش بار و بازیابی فرکانس شرکت کنند. نتایج مطالعات بر روی سه سیستم قدرت نشان داده شده با مدل پاسخ فرکانسی و سیستم قدرت ۳۹ شینه با مدل همراه با جزئیات، کارایی طرح‌های پیشنهادی را نشان می‌دهند. 

کلمات کلیدی: پاسخ‌گویی تقاضا (DR)، پیش‌بینی فرکانس، تخمین اغتشاش، سیستم‌ اندازه‌گیری ناحیه گسترده، شبکه‌های هوشمند، قطع بار کاهش فرکانس