Real time grid congestion management in presence of high penetration of wind energy

With the increased use of wind energy the power generation several Transmission System Operators (TSO) have increasing difficulties for congestion forecasting due to the unpredictable nature of the energy source. This paper proposes to enhance the congestion management using a real time supervisor. This supervisor is developed to perform automatic and dynamic re-dispatching using both wind and conventional generators. In order to reduce the production constraints to the minimum, the real time congestion management is based on an indicator of the efficiency of a re-dispatching on the power flowing in the overloaded line. This approach leads to reduced re-dispatching costs and increased network reliability. The simulation of the supervisor and the test grid is realized using by the EUROSTAG [1]. It is shown that the real-time supervisor allows maximization of renewable production during congestions while ensuring network reliability.Power management ;Power transmission;Energy system management;Wind energy ; Variable speed drive

Optimal network congestion management using wind farms

With the increased use of wind energy for the power generation several TSO have increasing difficulties for congestion forecasting due to the unpredictable nature of the energy source. An actual method used to deal with days-ahead congestion planning is based on an order of disconnection of the generation of the type “last generation installed, first generation limited”. This paper proposes to enhance the congestion management using a real time supervisor. This supervisor is developed to perform automatic and dynamic re-dispatching using both wind and conventional generators. In order to reduce the production constraints to the minimum, the real time congestion management is based on an indicator of the efficiency of a re-dispatching on the power flowing in the overloaded line. This approach leads to reduced re-dispatching costs and increased network reliability. Actual and proposed methods are compared in the paper using Matlab/Simulink simulations of a realistic test grid. It is shown that the real-time supervisor allows maximization of renewable production during congestions while ensuring network reliability.Congestion management; Wind farm; Power Transfer Distribution Factors (PTDF); Power system control; Active power dispatch; Variable speed wind turbines.

A study on the minimum duration of training data to provide a high accuracy forecast for PV generation between two different climatic zones

International audienceThis study focus on the minimum duration of training data required for PV generation forecast. In order to investigate this issue, the study is implemented on 2 PV installations: the first one in Guadeloupe represented for tropical climate, the second in Lille represented for temperate climate; using 3 different forecast models: the Scaled Persistence Model, the Artificial Neural Network and the Multivariate Polynomial Model. The usual statistical forecasting error indicators: NMBE, NMAE and NRMSE are computed in order to compare the accuracy of forecasts. The results show that with the temperate climate such as Lille, a longer training duration is needed. However, once the model is trained, the performance is better

Fighting against fuel poverty by collaborating with social services through energy advice: An innovative case from Spain

The aim of this article is to describe the efforts against energy poverty of G oiEner, an energy cooperative in Spain, giving energy advice to the social services of two municipalities, Zarautz and Usurbil. Electricity contracts of low-income households were revised and improvements were proposed, according to the specificities of the Spanish electricity market; prioritising the regulated tariff with social bonus, then time-of-use tariff and optimising power capacity. Switching to the regulated tariff can realise savings of around 10%, theoretically up to a 40% if the rest of the optimizations are included. Unexpectedly, some of the household were reluctant to change the conditions of their contracts. Training sessions were organised so that in the future this intervention could be done without the help of GoiEner. Conclusions can be drawn on how GoiEner can capture the possibilities new technologies, such as smart meters, offer.; El objetivo de este artículo es describir los esfuerzos contra la pobreza energética de GoiEner, una cooperativa energética de España, que presta asesoramiento energético a los servicios sociales de dos municipios, Zarautz y Usurbil. Se revisaron los contratos de electricidad de hogares de bajos ingresos y se propusieron mejoras, de acuerdo con las especificidades del mercado eléctrico español; priorizando la tarifa regulada con bono social, luego la tarifa discriminación horaria y la optimización de la potencia contratada. El cambio a la tarifa regulada puede suponer un ahorro de alrededor del 10%, teóricamente hasta un 40% incluyendo el resto de optimizaciones. Sin embargo, algunos hogares se mostraron reacios a cambiar las condiciones de sus contratos. Se organizaron formaciones para que en el futuro esta intervención pudiera hacerse sin ayuda. Se pueden sacar conclusiones sobre cómo GoiEner podría beneficiarse de las posibilidades que ofrecen las nuevas tecnologías, e.g. medidores inteligentes

Apport du stockage inertiel associé à des éoliennes dans un réseau électrique en vue d'assurer des services systèmes

LILLE1-BU (590092102) / SudocSudocFranceF

Supervision d une centrale multisources à base d éoliennes et de stockage d énergie connectée au réseau électrique

Le concept de systèmes multisources (incluant du stockage de l énergie) avec une gestion intégrée et optimisée de l énergie est aussi connu sous le nom de centrale virtuelle. Ce type de centrale est constituée de différentes catégories de générateurs (par exemple : éolien, photovoltaïque, micro turbine hydraulique, micro turbine à gaz, pile à combustible, ) pouvant être associés à différents systèmes de stockage (par exemple : batterie, volant d inertie, stockage électromagnétique ou SMES, supercondensateur, pompage hydraulique, compression d air, .). Du point de vue des gestionnaires des réseaux de transport et de distribution, une centrale virtuelle doit pouvoir se comporter comme une centrale classique. Elle doit donc participer pleinement aux services système et le gestionnaire de la centrale doit pouvoir s engager 24h à l avance sur la quantité d énergie électrique qu il pourra produire. Des systèmes multisources associés à du stockage existent déjà dans des sites isolés (régions peu peuplées, îles, ). Des études et des expériences ont été réalisées sur des réseaux isolés associant des générateurs diesels et éoliens avec du stockage inertiel ou par batteries. L objectif de ces études est l augmentation du taux de pénétration de l éolien en vue de diminuer la consommation de fuel. Les principaux problèmes posés par ces systèmes sont le choix et le dimensionnement du système de stockage, ainsi que la détermination des stratégies de supervision afin d optimiser la consommation énergétique tout en assurant la stabilité du réseau.The concept of multisource system (with energy storage) with integrated and optimised energy control it s also knows as a virtual power plant. These types of power plants are constituted from different class of generators which can be associated with different types of energy storage systems. From the point of view of network managing, a virtual power plant must behave as a classical power plant. It must participate to the ancillary service and also the manager has to know 24h ahead the quantity of electrical energy he can produce. The multisource systems associated with storage system exists already in isolated sites, many studies and experimentations have been developed for isolated networks using diesel generators associated with wind turbines and flywheel energy storage systems or using batteries. The objective of this project is to increase the penetration rate of the wind power plants to decrease the fuel consumption. The mains problems of this system are the choice of storage system and the determination of the supervisory control in order to optimize the energetic consumption and to assure the network stability.PARIS-Arts et Métiers (751132303) / SudocSudocFranceF

Supervision de sources de production d'électricité hybrides éolien/hydraulique dans les réseaux d'énergie interconnectés ou isolés

Le concept de système multi sources, avec une gestion intégrée et optimisée de l'énergie, auquel différents systèmes de stockage sont associés est envisagé comme un élément de réponse à la problématique liée au caractère aléatoire et fluctuant de la production dispersée d'origine éolienne. Dans ce contexte, il apparaît intéressant d'associer les sources de production éoliennes et hydrauliques. Ces dernières sont en effet susceptibles, de par leur souplesse et leur disponibilité, de compenser le caractère aléatoire et fluctuant de l'éolien. Les générateurs et les systèmes de stockage d'une centrale multi sources peuvent être localisés en différents points du réseau mais sont gérés par un opérateur industriel unique. Comme la problématique de l'éolien se retrouve à tous les niveaux temporels de gestion, il est nécessaire de mettre en place une supervision multi niveaux de la centrale intégrée éolien/hydraulique/stockage envisagée. A chaque niveau correspond des objectifs et des moyens à définir pour répondre à ces exigences. Cependant, la problématique étant vaste, les travaux ont porté essentiellement sur deux niveaux : niveau " court terme " et niveau " moyen terme ". Le but de la thèse est de proposer des méthodes de supervision pour la gestion des systèmes éolien/hydraulique/stockage. Ainsi, dix superviseurs sont proposés suivant différents outils de supervision (logique floue, fonction optimisation,...). Enfin, les performances de ces superviseurs sont comparées à l'aide de différents indicateurs permettant de quantifier leurs apports en fonction des objectifs des différents niveaux de supervision (qualité de puissance, efficacité énergétique).The concept of multi-sources system with an integrated and optimized power management and associated with several energy storage systems is seen as an important part of the answer to the issue of the randomness and fluctuation of dispersed wind power generation. In this context, it is interesting to combine two generation sources, wind and water. Water power generation is indeed likely to offset the randomness and fluctuation of wind power generation, because of its flexibility and availability. Generators and storage systems from a multi-source power plant can be located in different parts of the network but should be managed by a single industrial operator. Considering that the wind's issue is found at all levels of management time, it is necessary to establish a multi-level supervision of the considered integrated wind / hydro / storage central. Each stage is related to objectives and resources to define these requirements. However as the problem is vast, the work has focused mainly on two levels: "short-term" and "mid-term". The aim of this thesis is to propose methods for the management of wind / hydro / storage systems. Thus, ten supervisors are proposed according to different monitoring tools (fuzzy logic, optimization function...). Finally, the performance of these supervisors is compared using various indicators to quantify their contributions according to the objectives of different levels of supervision (power quality, energy efficiency)PARIS-Arts et Métiers (751132303) / SudocSudocFranceF

Participation aux services système de fermes d'éoliennes à vitesse variable intégrant du stockage inertiel d'énergie

LILLE1-BU (590092102) / SudocSudocFranceF

Système inertiel de stockage d'énergie associé à des générateurs éoliens

Le problème majeur associé aux sources d'énergie décentralisées est qu'elles ne participent en général pas aux services système (réglage de la tension, de la fréquence, démarrage en autonome ou black-start, possibilité de fonctionner en îlotage, etc.). Le fait de ne pas participer aux services système amène ce type de source à se comporter comme des générateurs passifs du point de vue électrique. Le réglage de la tension et de la fréquence est dès lors reporté sur les alternateurs classiques. Le taux de pénétration de la production décentralisée, c'est-à-dire la puissance qu'elle génère par rapport à la puissance consommée, doit alors être limité afin de pouvoir garantir la stabilité du réseau dans des conditions acceptables. Ceci est particulièrement vrai pour les sources à énergie renouvelable dont la source primaire est difficilement prévisible et très, comme c'est le cas de l'éolien pour lequel certains retours d'expérience indiquent que lors de taux de pénétration supérieur à 20 ou 30 % des problèmes de stabilité peuvent apparaître. Même si actuellement les éoliennes ne participent pas au réglage de la production, cela doit être changé à cause de l'augmentation continue de leurs taux de pénétration dans les réseaux électriques. En raison de la source primaire de ces systèmes de production d'énergie (le vent), qui est très aléatoire et imprévisible, une éolienne seule ne peut pas faire le réglage de la production. Donc, on a besoin d'un système de stockage jouant le rôle de tampon entre la source et le consommateur. Le système de stockage doit être assez dynamique afin qu'il soit capable d'agir en temps réel, en fonction des fluctuations de la puissance générée et consommée. Le système inertiel de stockage d'énergie (SISE) est approprié pour ce type d'application en raison de ces caractéristiques : bonne dynamique, bon rendement, durée de vie similaire à l'éolienne, écologique, etc. Donc, le premier but de ce travail a été de faire une étude approfondie sur les SISEs. L'étude a été faite du point de vue de l'association du SISE avec un générateur éolien. Le deuxième objectif de la thèse a été d'étudier et de proposer des méthodes de contrôle et supervision d'un SISE associé à un générateur éolien à vitesse variable. Le but est de contrôler le transit de puissance entre le générateur et le réseau ou la charge isolée, afin de rendre les systèmes éoliens capables à fournir des services systèmes et de fonctionner en îloté. Enfin, le troisième objectif a été de réaliser une plateforme expérimentale permettant l'implantation pratique et l'expérimentation des principes développés en théorie.The big problem of the decentralized renewable energy sources is that they do not participate to the ancillary services (voltage regulation, frequency regulation, black-start, operation in islanding). For this reason, this energy sources are considered as negative charges for the power system. The voltage and frequency regulation are reported on the classical generators, form the big power plants. The penetration rate of the decentralized energy production, i.e. the ration between its generated power and the consumed power, must be limited in order to keep the good control of the power system. This is particularly right for the renewable energy sources whose the primary source is very fluctuant and very difficult to predict. Consequently, for the wind generators, the penetration rate is limited at 20 30 %. Even if actually the wind generators do not participate to the ancillary services, this must be changed because of the augmentation of the installed wind systems. Because of the primary source of theses generators (the wind), which is very fluctuant and unpredictable, a stand-alone wind generator cannot ensure the control of the generated power. So, we need a storage system operating as an energy buffer between the generator and the consumer. The storage system must have a high dynamics in order to operate in real time, in function of the generated and consumed power fluctuations, respectively. The flywheel energy storage system (FESS) is appropriated for this type of application because of its characteristics: high dynamics, good efficiency, long lifetime (similar to the wind generators), ecological system, etc. So, the first aim of this work was the study of the FESSs form the point of view of their association with the wind generators. The second target was to developing the control and supervision methods for a FESS associated with variable speed wind generator. The aim was to control the power flow between the generator and the consumer, in order allow these generators to participate at the ancillary services and to operate in islanding. Finally, the third target was to develop a test bench allowing the particle implementation of the theoretical principles.PARIS-Arts et Métiers (751132303) / SudocSudocFranceF