Flexible Hydropower Unit - HydroCen WP2.5

Abstract

En overordnet målsetting og forskningstema i denne arbeidspakken har vært å utvikle løsninger som bidrar til mer effektiv drift av kraftsystemet. Effektiv drift betyr i denne sammenhengen å kunne øke utnyttelsen av kraftnettet og de ressursene som leverer eller forbruker kraft til eller fra kraftnettet. Det har vært jobbet med to ulike sider av denne problemstillingen. Det ene forskningstemaet er knyttet til operativ drift av kraftnettet – hvordan man kan optimalisere spenningsregulering og håndtering av reaktiv effekt for å redusere tap i nettet og samtidig gi plass til økt kraftoverføring. Det andre forsknings-temaet dreier seg om hvordan man kan øke utnyttelsen, fleksibiliteten og effektiviteten i vannkraftverk ved hjelp av nye reguleringstekniske løsninger. Målsettingen til den første aktiviteten har vært å vurdere og bidra til utvikling av metodikk for tapsmini-malisering i kraftnett. Løsningene skal bidra til utvikling av styringsverktøy for nettoperatørene, først og fremst i sentral- og regionalnett, som gir lavest mulig tap i driftstimen. Det fokuseres da på koordinert spenningsregulering via generatorer, reaktiv kompensering og transformatortrinning i nettet. Den andre aktiviteten dreier seg om styring av vannkraftverk, og hvordan ny teknologi og regulatorut-rustning kan bidra til raskere respons og økt fleksibilitet under drift for å kunne tilby verdifulle system-tjenester. Den konkrete målsettingen er å bidra til utvikling av modeller og kontrollsystem for drift vann-kraftverk med variable hastighet og derigjennom gi bidra til økt stabilitet og balansehåndtering i kraft-systemet. Hovedkonklusjonen fra den første delaktiviteten er det fins robuste og effektive metoder for å løse opti-maliseringsproblemet for minimalisering av tap i nettet. Dette er demonstrert på forenklede simulerings-modeller som illustrerer det nordiske sentralnettet. Det gjenstår å teste algoritmene på en mer detaljert modell av et kraftnett for å synliggjøre nytteverdien. Videre er det nødvendig å utvikle metoder for prak-tisk implementasjon av den foreslått algoritmen. I den andre delaktiviteten viser resultatene at vannkraftverk med variabel hastighet sammen med det foreslåtte reguleringssystemet kan benyttes for å levere systemtjenesten Hurtig frekvensregulering (FFR). Foruten at variabel hastighet gir større fleksibilitet i driften av kraftverket – eventuelt også i pum-pedrift - kan det gi øke fortjeneste og samtidig bidra til å redusere slitasje på kraftverket. Deler av regu-leringssystemet kan også brukes i konvensjonelle vannkraftanlegg for å redusere trykksvingninger og øke ytelsen til hastighetsregulatoren.

An overarching goal and research theme for this work package has been to develop solutions that con-tribute to more efficient operation of the power system. Efficient operation in this context means being able to increase the utilization of the power grid and the resources that supply or consume power to or from the power grid. Work has been done on two different aspects of this problem. One research topic is linked to the daily operation of the power grid - how can voltage regulation and handling of reactive power be optimized to reduce losses in the grid and thus make room for increased power transmission. The other research topic concerns how to increase utilization, flexibility and efficiency in hydropower plants by means of new technology and control solutions. The objective of the first activity has been to assess and contribute to the development of a methodology for loss minimization in power grids. The focus has been on development of optimization tools for grid operators, primarily in central and regional grids, for coordinated voltage regulation via generators, re-active compensation and transformer tap changers. The second activity concerns the management of hydropower plants, and how new technology and con-trol equipment can contribute to faster response and increased flexibility during operation to be able to offer valuable system services. The concrete objective is to develop models and solutions for operating hydroelectric power plants with variable speed and thereby contribute to increased stability and balance management in the power system. The main conclusion from the first sub-activity is that there are robust and efficient methods for solving the optimization problem for minimizing losses in the network. This is demonstrated on simplified simu-lation models that illustrate the Nordic transmission grid. It remains to test the algorithms on a more detailed model of the power grid to fully assess the potential value of the solution. Furthermore, it is necessary to develop methods for practical implementation of the proposed algorithm. In the second sub-activity, the results show that hydropower plants with variable speed with the pro-posed control system can be used to deliver Fast Frequency Reserves (FFR). Besides the fact that variable speed gives greater flexibility in operation of the power plant - possibly also in pump mode operation - it can increase profits and at the same time help reduce wear and tear on the power plant. Parts of the control system can also be used in conventional hydropower plants to reduce pressure fluctuations and increase the performance of the speed controller.