Flexibility in Distribution Systems through PyDSAL

Abstract

Distribuert produksjon, lokal lagring og elektrifisering av transport og industrielle prosesser gir mange nye utfordringer for strømforsyning. Nye forbruksprofiler kombinert med lokal produksjon, der tilgjengelige ressurser viser signifikant variasjon, utfordrer distribusjonssystemet. Denne masteroppgaven kommenterer enkelte utfordringer ved å anvende et eksisterende verktøy (en prototyp) på et referanse-system klargjort av FME CINELDI. Hensikten med dette referanse-systemet er å ha et vel definert tilfelle av et nett representativt for en rekke norske distribusjonssystemer.

Analysene er utført på test-systemet CINELDI 124 busser for å finne dets optimale operasjon i ulike tilstander ved hjelp av det objekt-orienterte verktøyet PyDSAL (Python Distribusjons System Analyse Bibliotek). Algoritmen Framover-Baklengs Sveip brukes som verktøyets motor. Verktøyet har utvidet funksjonalitet og et skall (algoritme B.2) er blitt utviklet for å tilrettelegge studiene. Spenningskontroll med tillegg/svinn av spenning er benyttet. Prinsippene og strategiene utviklet i denne masteroppgaven er anvendbare på andre distribusjonssystemer med lignende struktur og karakteristikker.

PyDSALs utbytte, bestående av profiler av spenning, kraftflyt og sensitiviteter for spenning og tap på grunn av endringer i aktive og reaktive injeksjoner, er nyttige for operasjonsavgjørelser. Programvarens evne til å løse alternative topologi-tilfeller ved å dele nettet og forsyne dets del-nett med sikkerhetskilder og -koblinger, muliggjør nyttig analysering av alternative strategier for å forbedre forsyningssikkerheten. Konseptet kan innbefatte både mikrogrid operasjon og hovednett-tilkoblet tilstand. Resultatene er vist grafisk og diskutert i detalj i rapporten.

Se vedlegg B for denne masteroppgavens versjon av programvaren.

Distributed generation, local storage and electrification of transport and industrial processes give many new challenges for the distribution of electric energy. New consumption profiles combined with local generation where the available resources will show significant variation will give challenges for the distribution system. This thesis will address a number of these challenges by using an existing prototype tool on a reference system prepared by FME CINELDI. The purpose of this reference system is to have a well-defined case of a grid representative for a number of Norwegian distribution systems.

The analyses are done on the CINELDI 124 bus test system to find its optimal operation under different conditions using the object oriented tool PyDSAL (Python Distribution System Analysis Library). The Forward-Backward Sweep algorithm is used as the tool's engine. The tool has got extended functionality and a shell (Algorithm B.2) has been developed to facilitate the studies. Voltage control with a droop voltage approach is applied. The principles and strategies developed in this thesis will be applicable to other distribution systems with similar structure and characteristics.

PyDSAL's outputs, which include profiles of voltage, line flow and sensitivities for voltage and loss due to changes in active and reactive injections, are useful for operational decisions. Its ability to solve alternative topology cases by splitting the grid and supplying sub-grids from backup sources or backup connections, makes the tool useful to investigate alternative strategies to improve the security of supply. The concept may involve both microgrid operation and in grid connected mode. Results are depicted graphically and discussed in detail in this report.

See Appendix B for this thesis' version of the software.