Decentralized Secondary Frequency Control in an Optimized Diesel PV Hybrid System

• Main Author: Vieira Turnell, Alice
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) 2018
• Subjects: Solar photovoltaic; frequency stability; decentralized secondary frequency control; reserve allocation; hybrid system; island system; HOMER; PowerFactory; Solceller; frekvensstabilitet; decentraliserad sekundär frekvenskontroll; reservallokering; hybridsystem; ösystem; Engineering and Technology; Teknik och teknologier
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-240405

This research argues that a diesel-based isolated electrical system can be optimized byintegrating a high share of solar photovoltaic (PV) generation and that the frequencystability of such system can be improved by including the PV participation in frequencyregulation. A case study is developed in order to explore an island’s expansion of theinstalled generating capacity and its optimization. This study uses the tool HOMER tosolve the optimization problem and PowerFactory to verify the frequency stability of theproposed system. The PV integration allows for a reduction of diesel fuel consumption,emissions and generation costs. Additionally, in high PV penetration scenarios, the reducedinertia in such systems can lead to high frequency deviations that may trip the systemprotection. The study demonstrates that the instantaneous frequency deviation after a loadand generation imbalance can be reduced by designing the PVs to operate with an allocatedreserve and a decentralized time-based secondary frequency control. The frequency stabilitywas achieved after different disturbance scenarios under high PV penetration and reducedavailable inertia, indicating that high PV integration is economically and technically feasiblein small island grids. === I detta examensarbete studeras hur ett dieselbaserat och isolerat elsystem kan optimeras genom att integrera en hög andel solceller (PV) i elproduktionen och att frekvensstabilitet kan förbättras när PV användas i regleringen. En fallstudie har utvecklats under denna forskning för att analysera en ökning av den installerade generationskapacitet vid en ö samt hur detta kan optimeras. I denna studie användas verktyget HOMER för modeloptimering och PowerFactory för att testa den optimerade systemfrekvens stabilitet. Med PV generation kan diesel konsumption, utsläpp och kostnader minskas för hela systemet. En hög andel PV i generationen reducerar elsystemet totala svängmassa vilket kan ledda till avvikelser i systemfrekvensen som kan ursaka att skyddsystem aktiveras. Studien demonstrerar att den momentana systemavvikelsen efter en obalans kan reduceras genom att designa PV i systemet med en allokerad reserv och en decentraliserad och tidsbaserad sekundär frekvensreglering. Frekvensstabiliteten nåddes i olika obalans scenarier med hög andel solcellgeneration och misnkat svängsmassa. Detta tyder på att en hög andel PV integration är både ekonomisk- och tekniskt möjligt i mindre elsystem.