Machine Learning Tool for Transmission Capacity Forecasting of Overhead Lines based on Distributed Weather Data

Die Erhöhung des Anteils intermittierender erneuerbarer Energiequellen im elektrischen Energiesystem ist eine Herausforderung für die Netzbetreiber. Ein Beispiel ist die Zunahme der Nord-Süd Übertragung von Windenergie in Deutschland, die zu einer Erhöhung der Engpässe in den Freileitungen führt und sich direkt in den Stromkosten der Endverbraucher niederschlägt. Neben dem Ausbau neuer Freileitungen ist ein witterungsabhängiger Freileitungsbetrieb eine Lösung, um die aktuelle Auslastung des Systems zu verbessern. Aus der Analyse in einer Probeleitung in Deutschland wurde gezeigt, dass einen Zuwachs von ca. 28% der Stromtragfähigkeit eine Reduzierung der Kosten für Engpassmaßnahmen um ca. 55% bedeuten kann. Dieser Vorteil kann nur vom Netzbetreiber wahrgenommen werden, wenn eine Belastbarkeitsprognose für die Stromerzeugunsgplanung der konventionellen Kraftwerke zur Verfügung steht. Das in dieser Dissertation vorgestellte System prognostiziert die Belastbarkeit von Freileitungen für 48 Stunden, mit einer Verbesserung der Prognosegenauigkeit im Vergleich zum Stand-der-Technik von 6,13% in Durchschnitt. Der Ansatz passt die meteorologischen Vorhersagen an die lokale Wettersituation entlang der Leitung an. Diese Anpassungen sind aufgrund von Veränderungen der Topographie entlang der Leitungstrasse und Windschatten der umliegenden Bäume notwendig, da durch die meteorologischen Modelle diese nicht beschrieben werden können. Außerdem ist das in dieser Dissertation entwickelte Modell in der Lage die Genauigkeitsabweichungen der Wettervorhersage zwischen Tag und Nacht abzugleichen, was vorteilhaft für die Strombelastbarkeitsprognose ist. Die Zuverlässigkeit und deswegen auch die Effizienz des Stromerzeugungsplans für den nächsten 48 Stunden wurde um 10% gegenüber dem Stand der Technik erhöht. Außerdem wurde in Rahmen dieser Arbeit ein Verfahren für die Positionierung der Wetterstationen entwickelt, um die wichtigsten Stellen entlang der Leitung abzudecken und gleichzeitig die Anzahl der Wetterstationen zu minimieren. Wird ein verteiltes Sensornetzwerk in ganz Deutschland umgesetzt, wird die Einsparung von Redispatchingkosten eine Kapitalrendite von ungefähr drei Jahren bedeuten. Die Durchführung einer transienten Analyse ist im entwickelten System ebenfalls möglich, um Engpassfälle für einige Minuten zu lösen, ohne die maximale Leitertemperatur zu erreichen. Dieses Dokument versucht, die Vorteile der Freileitungsmonitoringssysteme zu verdeutlichen und stellt eine Lösung zur Unterstützung eines flexiblen elektrischen Netzes vor, die für eine erfolgreiche Energiewende erforderlich ist

EcoBlock: Grid Impacts, Scaling, and Resilience

Widespread deployment of EcoBlocks has the potential to transform today's electricity system into one that is more resilient, flexible, efficient and sustainable. In this vision, the system will consist of self- su cient, renewable-powered, block-scale entities that can deliberately adjust their net power exchange and can optimize performance, maintain stability, support each other, or disconnect entirely from the grid as needed. This report is intended as an independent analysis of the potential relationships, both constructive and adverse, between EcoBlocks and the grid

Improving data center efficiency through smart grid integration and intelligent analytics

The ever-increasing growth of the demand in IT computing, storage and large-scale cloud services leads to the proliferation of data centers that consist of (tens of) thousands of servers. As a result, data centers are now among the largest electricity consumers worldwide. Data center energy and resource efficiency has started to receive significant attention due to its economical, environmental, and performance impacts. In tandem, facing increasing challenges in stabilizing the power grids due to growing needs of intermittent renewable energy integration, power market operators have started to offer a number of demand response (DR) opportunities for energy consumers (such as data centers) to receive credits by modulating their power consumption dynamically following specific requirements. This dissertation claims that data centers have strong capabilities to emerge as major enablers of substantial electricity integration from renewables. The participation of data centers into emerging DR, such as regulation service reserves (RSRs), enables the growth of the data center in a sustainable, environmentally neutral, or even beneficial way, while also significantly reducing data center electricity costs. In this dissertation, we first model data center participation in DR, and then propose runtime policies to dynamically modulate data center power in response to independent system operator (ISO) requests, leveraging advanced server power and workload management techniques. We also propose energy and reserve bidding strategies to minimize the data center energy cost. Our results demonstrate that a typical data center can achieve up to 44% monetary savings in its electricity cost with RSR provision, dramatically surpassing savings achieved by traditional energy management strategies. In addition, we investigate the capabilities and benefits of various types of energy storage devices (ESDs) in DR. Finally, we demonstrate RSR provision in practice on a real server. In addition to its contributions on improving data center energy efficiency, this dissertation also proposes a novel method to address data center management efficiency. We propose an intelligent system analytics approach, "discovery by example", which leverages fingerprinting and machine learning methods to automatically discover software and system changes. Our approach eases runtime data center introspection and reduces the cost of system management.2018-11-04T00:00:00

Data-driven models for monthly streamflow time series prediction

Author name used in this publication: K.W. Chau2010-2011 > Academic research: refereed > Publication in refereed journalAccepted ManuscriptPublishe