Intelligent Distribution Systems with Dispersed Electricity Generation

Abstract

The huge wind energy resource represents a potential to use wind farms to power vast area of the earth with renewable energy. Many wind farm concepts have been proposed, but much work still need to be done on Intelligent Distribution Systems with Dispersed Electricity Generation. This work presents the development of a comprehensive simulation tool for modeling the dynamic response of wind farms, the verification of the simulation tool through model-to-model comparisons, and the application of the simulation tool to an integrated real commercial power system loads analysis for the promising system concepts without and with wind farm. A MATLAB/Simulink simulation tool was developed from a benchmark commercial power system and to have the features required to perform loads analyses for without and with wind farm system configurations. The simulation capability was tested using model-to-model comparisons without and with wind farm. The favorable results of all of the verification exercises provided confidence of enhanced voltage profile and reduced power losses. The simulation tool was then applied in a preliminary loads analysis of a wind farm. The loads analysis aimed to characterize the dynamic response and to identify potential loads and instabilities resulting from the dynamic couplings of the wind farm. The coupling between the wind farm response, in particular, with larger extreme loads experienced voltage instabilities which were then found to be improved with the installation of the wind farm at various distance and location in the system. The design modifications by improving the wind farm response at various distance and location, was able to eliminate voltage instabilities in the system. This was aimed at obtaining an effective design to achieve favorable performance of the proposed electric power system with regards to improved voltage profile and reduced power losses.

Velké množství energie dodávané z větrných elektráren představuje potenciál využití energie větru pomocí větrných farem do rozlehlých oblastí na Zemi. Již bylo navrženo mnoho konceptů větrných farem, ale stále je potřeba vykonat hodně práce při vývoji inteligentních distribučních systémů s rozptýlenou výrobou elektrické energie. V této práci je uveden vývoj komplexního simulačního nástroje pro modelování dynamické odezvy větrných farem, ověření tohoto simulačního nástroje srovnáním modelů a jeho aplikace na skutečný komerční integrovaný systém. Dále jsou provedeny analýzy zatížení pro navržené systémové koncepty bez větrných farem a s farmami. Simulační nástroj v prostředí MATLAB/Simulink byl vyvinut pro kalibrovaný energetický systém, má vlastnosti požadované k provedení analýzy zatížení, ať s připojenými větrnými farmami, či bez nich. Příznivé výsledky všech ověřovacích úloh poskytují věrohodnost výsledků napěťových profilů v síti a snížení výkonových ztrát. Simulační nástroj byl poté aplikován v předběžné analýze zatížení větrných farem. Analýza zatížení se zaměřuje na dynamickou odezvu a identifikaci potenciálních odběrů a nestabilit vyplývajících z dynamických vazeb větrných farem. Jako odezva vazeb mezi větrnými farmami, zejména s většími výkony bylo zjištěno, že zlepšení napěťové nestability lze dosáhnout instalací větrných farem v různých vzdálenostech a umístění v systému. Modifikace návrhu zlepšením odezvy větrných farem v různých vzdálenostech a umístěních byly schopny eliminovat napěťové nestability systému. Cílem bylo dosažení efektivního návrhu, aby bylo dosaženo příznivých vlivů na energetickou soustavu, tedy zlepšení napěťových profilů a snížení výkonových ztrát.