Analysis of Hydropower Systems' Ability to Follow Square Wave Load Variations

• Main Author: Hanna, Fadi
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Skolan för elektro- och systemteknik (EES) 2016
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-195027

The interest for renewable energies is increasing in Sweden and wind power is a major factor for the increase. Therefore, it is expected that with increasing installed capacity from renewable resources the variations in the power system will increase drastically due to the unexpected energy production from these types of power sources. Thus, a flexible power production is required to balance these variations which can cause serious problems in the power system such as voltage flicker and harmonics. In Sweden, the hydropower is ideal for balancing due to the high installed capacity and the flexible generation of hydropower. Therefore it is import to study the capability of the hydropower systems at balancing these variations and this is done by studying the ability of the hydropower systems at producing with extreme variations on their power production. A short-term mixed-integer linear programming model is utilised to study the capability of a hydropower system while facing extreme variations in its power production. The extreme variations are modelled as square waves where the production of the hydropower system is forced to follow these square waves. The hydropower system model considers both the water delay time and the head-dependency of the power plants. Another interesting factor that is considered in the study is how the arrangement of the power plants in a hydropower system affects the power variation capabilities. The special aspect in this study is that the hydropower systems simulated are completely fictitious systems. This means that the crucial aspects that influence the variation in the power production of a hydropower system can be manipulated to study the effects. The results obtained showed that the capability of a hydropower system at following extreme variation in power production is highly dependent on the reservoir water contents of the different power plants during the simulation period. Another obvious factor that impacted the capability of a hydropower system was the arrangement of the power plants included in the system. Lastly it was shown that if a hydropower system is dominated by small reservoirs, then this will mean more variation in the efficiency of the power production === Intresset för förnybara energikällor ökar i Sverige och vindkraft utgör en större del av denna ökning. Därför förväntas variationerna i det elektriska systemet öka drastiskt med en ökande effektkapacitet från förnybara energikällor. På grund av detta är det viktigt att balansera dessa variationer och för att lyckas med detta en flexibel kraftproduktion krävs. Variationer i det elektriska systemet kan medföra seriösa spänning och frekvens problem så som flimmer och övertoner. I Sverige utgör vattenkraft en stor del av den totala installerade effekten i landet och på grund av dess flexibla kraftproduktion gör att vattenkraft är en idealisk kraftkälla för att balansera stora variationer i det elektriska systemet. Därför är det viktigt att studera förmågan för vattenkraft systemen då dessa tvingas att producera under stora produktionsvariationer. För att studera detta har ett linjärt heltalsproblem (engelska: MILP) använts för att simulera ett vattenkraftsystem med stora variationer i vattenkraftsystemets produktion. Dessa extrema variationer i produktionen är modellerade som fyrkantsvågor som elproduktionen från vattenkraften följer. Vattenkraftsystemet är modellerat så att den tar hänsyn till både rinntider från ett kraftverk till ett nedströms kraftverk och till fallhöjdsberoendet för varje kraftverk. En annan intressant faktor som anses i studien är hur placeringen av dem olika kraftverken påverkar förmågan för ett vattenkraftsystem. Den intressanta aspekten i denna studie är att dem simulerade vattenkraftsystemen är helt fiktiva system, vilket menas att dem avgörande parametrarna och faktorerna för ett vattenkraftsystem då den producerar under stora variationer kan studeras noggrannare genom manipulation av dessa parametrar och faktorer. De erhållna resultaten visade att ett vattenkraftsystems kapabilitet att följa stora produktionsvariationer är mycket beroende av vatten innehållet i magasinerna av dem olika kraftverken. En annan faktor som hade en tydlig påverkan på variationsförmågan av elproduktionen var hur dem olika kraftverken i systemet var placerade. Slutligen, resultaten kunde bevisa att om ett vattenkraftsystem är dominerat av små magasiner kommer effektiviteten av vattenkraftsystemets elproduktionen att vara mer varierande.