Visualizing Electromechanical Oscillations for Control Room Purposes
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3022406Utgivelsesdato
2022Metadata
Vis full innførselSamlinger
- Institutt for elkraftteknikk [2412]
Sammendrag
Økt satsing på fornybare konverter-baserte energikilder og utfasing av eldre synkron-generatorer basert på fossile energikilder fører til økt tilstedeværelse av elektromekaniskependlinger i kraftsystemet. Elektromekaniske modier som er dårlig dempet medførerstabilitetsproblemer, og kan i verste fall føre til splittelse av nettet. Det er derforsvært viktig å overvåke elektromekaniske moder som befinner seg i kraftsystemet.Tidssynkroniserte målinger fra PMUer gjør dette mulig. Målet med denne mas-teroppgaven er å legge grunnlaget for videre utvikling av pendlingsovervåking i detNordiske kraftnettet.
Å lage et godt pendlingsovervåking-verktøy er en todelt oppgave. Først må manfinne frem til den beste måten å visualisere pendlingene på i kontrollrommet. Sidenelektromekaniske pendlinger er et ganske abstrakt fenomen er det viktig at denavgjørende informasjonen om dem kommer frem på en konkret og forståelig måte.En litteraturstudie om eksisterende visualiseringsmetoder og intervjuer med en oper-atør fra Statnett er gjennomført for å kartlegge gode visualiseringsmetoder.
I kontrollrommet trengs det både pendlingsovervåking for bedre systemoversikti normale operasjonstilstander, og i kritiske situasjoner for å håndtere alvorlige sv-ingninger. I normale tilstander er verktøy som viser systemets tilstand på en intuitivmåte viktige. Det kan være ved hjelp av fargekoordinert tekst, viserdiagram, GIS ogspektrogram for kjente modier. I kritiske situasjoner kan GIS med visere, spektro-gram, viserdiagram og detaljert tekst og grafer om de mest alvorlige modene hjelpeoperatører med å ta gode valg.
Den andre siden av oppgaven handler om å utvikle gode algoritmer som gir kor-rekte og raske estimater av modal-parameterne. En litteraturstudie er gjort på detteområdet også, og det ble utviklet en algoritme basert på systemidentifikasjon gjennomN4SID og klynging av egenverdier gjennom DBSCAN. N4SID trenger tradisjonelt atman velger modell-orden. Med DBSCAN slipper man dette, og man får i tillegg forde-len av å mer nøyaktig estimere de sanne modene i systemet og reduserer estimater avmoder fra støy.
Algoritmen er testet på simulert og ekte PMU data, og resultatene er lovende.Algoritmen finner relativt nøyaktig estimater av modene, og oppdager raskt endringav moder som følge av systemendring. Den finner også moder i det ekte PMU-datasettet som samsvarer med tidligere studier. Den største ulempen ved algoritmener at den bruker ganske lang tid, og den sliter med å separere moder som ligger nærthverandre i frekvens og demping. n accordance with the Paris Agreement, renewable converter-based energy sourcestake a larger share of the power production as fossil-fuelled synchronous generatorsare phased out. In a power system with a decreasing share of synchronous generators,electromechanical oscillations are ever more prominent. Poorly damped modes maylead to multiple stability issues, and, in the worst case, islanding of parts of the grid. Itis therefore important to control room operators to have a good overview of the modesthat are present in the system. This is made possible with synchronized measurementsfrom PMUs. This thesis seek to lay a foundation for further development of oscillationmonitoring tools for the Nordic system operators.
The task of creating a good oscillation monitoring tool is divided in two. Firstly,it is important to make a visualization tool that fits the task. Electromechanicalmodes are a quite abstract phenomena, and it is important to monitor the essentialparameters in a way that is easy for the operators to interpret in hasty situationsin the control room. This will be addressed through a literature review of exist-ing visualization tools and an interview with a Statnett control room operator. Anoverview of visualization methods is presented, and what makes a good visualizationfor monitoring electromechanical oscillations is discussed.
In a control room setting, there is a need for both system overview during ambientconditions, and during urgent situations to handle dangerous oscillations. Visualiza-tion methods that display information about the state of the modes in an intuitiveway are favored for system overview, such as color coordinated text, compass plots,GIS and spectrograms for known modes. GIS with phasors, traditional and 3D spec-trogram, compass plots and detailed text or graphs about the most critical modesin the system are recommended for urgent situations to help the operators to makegood decisions.
Secondly, the algorithm that estimates the modal parameters must be accurate andfast. A literature study on this topic has also been conducted, and an algorithm basedon system identification with N4SID and clustering of eigenvalues with DBSCAN isdeveloped. N4SID traditionally needs the model order as input. This is avoidedwith use of clustering on an interval of model orders. This also greatly benefits theestimates, as true modes are clustered and noise is filtered out.
The algorithm is tested on simulated and real PMU data, and the results arepromising. The algorithm quickly finds new modes in the system after a topologychange with relatively good accuracy. It also finds modes in the real PMU datacoherent with previous studies. Initial results favor rotor speed and angle as inputsignals to the algorithm. The major drawback is that the algorithm is rather slow,and that it struggles to separate modes that are close to each other in damping andfrequency.