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<div class="csl-entry">Obererlacher, E. (2022). <i>Identification of the self regulating effect of power systems using dynamic system states</i> [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. https://doi.org/10.34726/hss.2022.90161</div>
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dc.identifier.uri
https://doi.org/10.34726/hss.2022.90161
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http://hdl.handle.net/20.500.12708/19704
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dc.description
Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
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dc.description.abstract
Die Trägheit des Stromnetzes nimmt mit zunehmendem Ersatz konventioneller Kraftwerke durch erneuerbare, umrichterbasierte Erzeugungsanlagen ab. Zusätzlich werden vermehrt ungeregelte Lasten (z.B. Asynchronmotoren) durch Antriebe mit Frequenzumrichtern ersetzt, was zu einer Verringerung des Selbstregeleffekts (SRE) führt. Diese Änderungen stellen große Herausforderungen für den Netzbetrieb dar und begünstigen die Anfälligkeit des Stromnetzes auf Frequenzinstabilitäten. In dieser Arbeit sollen die etablierten Planungswerte für den SRE von 1-2 %/Hz hinterfragt und die Notwenigkeit einer Anpassung untersucht werden. Darüber hinaus werden Muster oder Korrelation des SRE mit den vorherrschenden netzbetrieblichen Rahmenbedingungen untersucht, um die Vorhersagbarkeit des SRE für zukünftige Systemstudien zu verbessern. Für diesen Zweck wurden Daten von Frequenzereignissen, verursacht durch Leistungsungleichgewicht größer als 1 GW, gesammelt und aufbereitet. Ein Top-Down-Ansatz mit drei unterschiedlichen Methoden wird verwendet, um den SRE und die Zusammensetzung der Leistungs-Frequenz Charakteristik des Netzes (K-Faktor) zu ermitteln. Die „RoCoF-Nulldurchgangsmethode“ und die „Fixe-Stützstellen-Methode“ liefern trotz ihrer einfachen Konzeption tendenziell unplausible Werte. Die „Optimierungsmethode“ weist verglichen zu den anderen Methoden eine erhöhte Robustheit und bessere Eignung zur Bestimmung des SRE auf. Mittels einer statistischen Analyse kann ein SRE größer als 1 %/Hz bestätigt werden. Des Weiteren wurde keine Abnahme des Selbstregeleffekts innerhalb des untersuchten Zeitbereichs festgestellt. Ebenso wurde kein Muster oder Korrelation des Effekts mit der Jahreszeit, dem Wochentag oder der Tageszeit entdeckt. Im Rahmen dieser Arbeit wird auch gezeigt, dass der K-Faktor typischerweise größer ist als in der Design Hypothese des kontinentaleuropäischen (CE) Verbundnetzes. Dies lässt sich durch eine Übererfüllung der Primärregelreserve und eines potenziell höheren Selbstregeleffekts erklären und bestätigt somit die Design Hypothese als Worst-Case-Annahme. Die Komposition des K-Faktors hängt stark von der Dynamik der wichtigsten beeinflussenden Komponenten ab. Mit dem vereinfachten dynamischen Ansatz kann der komplexe Reaktionsmechanismus eines Verbundnetzes möglicherweise nicht perfekt abgebildet werden. Für zukünftige Studien wird empfohlen die Dynamik des Selbstregeleffekts und der Primärregelreserve gegebenenfalls anzupassen. Abschließend bekräftigen diese Erkenntnisse ebenfalls den Bedarf einer genaueren und kontinuierlichen Überwachung der Primarregelreserven, um den SRE genauer zu bestimmen.
de
dc.description.abstract
The inertia of power systems reduces as conventional power plants are increasingly replaced by renewable, power electronics interfaced generation. In addition, more uncontrolled loads (e.g. asynchronous motors) are being replaced by drives with frequency converters, resulting in a lower self regulating effect (SRE). These reductions lead to several challenges in power system operation and make power systems more prone to frequency instabilities. This thesis questions the established planning values for the SRE of 1-2 %/Hz and investigates the necessity for adjustment. Furthermore, patterns or correlations of the effect with prevailing conditions are investigated to improve the predictability. Data from frequency events caused by power imbalances larger than 1 GW were collected and processed. A top-down approach with three different methods is used to identify the SRE and the composition of the power system frequency characteristic (K-factor). The RoCoF zero crossing method and the fixed supporting points method can be considered as simple identification approaches, however, they tend to provide implausible SRE values in some cases. The optimal fit method appears to be more robust and suitable to estimate the SRE. Based on statistical analysis a SRE larger than 1 %/Hz can be confirmed. Furthermore, no decrease of the SRE within the analyzed time interval of the events was found. Moreover, no patterns or correlations of the SRE with season, day of the week and time of the day has been identified. Within this thesis it has also been shown that the overall K-factor is typically higher compared to the Design Hypothesis of the Continental European (CE) power system. This can be explained by an over-fulfillment of the Frequency Containment Reserve (FCR) and a potentially higher SRE and confirms that the Design Hypothesis serves well as a worst case assumption. The decomposition of the K-factor depends on the dynamics of the main influencing components. The simple dynamics approach used may not perfectly match the complex response mechanism and may need to be adjusted for further studies. In conclusion, there is a strong need for accurate monitoring of FCR activation to determine the SRE more precisely.
en
dc.language
English
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dc.language.iso
en
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dc.rights.uri
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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dc.subject
Leistungs-Frequenz-Regelung
de
dc.subject
Netzselbstregeleffekt
de
dc.subject
Frequency control
en
dc.subject
self regulation effect
en
dc.title
Identification of the self regulating effect of power systems using dynamic system states
en
dc.title.alternative
Identifikation des Netzselbstregeleffekts anhand dynamischer Systemzustände
de
dc.type
Thesis
en
dc.type
Hochschulschrift
de
dc.rights.license
In Copyright
en
dc.rights.license
Urheberrechtsschutz
de
dc.identifier.doi
10.34726/hss.2022.90161
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dc.contributor.affiliation
TU Wien, Österreich
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dc.rights.holder
Elias Obererlacher
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dc.publisher.place
Wien
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tuw.version
vor
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tuw.thesisinformation
Technische Universität Wien
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dc.contributor.assistant
Bittner, Sophie Juliana
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tuw.publication.orgunit
E370 - Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe
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dc.type.qualificationlevel
Diploma
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dc.identifier.libraryid
AC16460836
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dc.description.numberOfPages
67
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dc.thesistype
Diplomarbeit
de
dc.thesistype
Diploma Thesis
en
dc.rights.identifier
In Copyright
en
dc.rights.identifier
Urheberrechtsschutz
de
tuw.advisor.staffStatus
staff
-
tuw.assistant.staffStatus
staff
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Open Access
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http://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc
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en
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item.openairetype
master thesis
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item.fulltext
with Fulltext
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item.cerifentitytype
Publications
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crisitem.author.dept
E325 - Institut für Mechanik und Mechatronik
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crisitem.author.parentorg
E300 - Fakultät für Maschinenwesen und Betriebswissenschaften