MSc Thesis:
Title: Power Systems Real Time Inertia Estimation Using WAMS and PMUs Concept
Abstract: Nowadays, the interconnected power system stability including the frequency stability is one of the most important research topics. The frequency stability of interconnected power systems depends on the power systems’ parameters and the active power balance. The total inertia constant and the damping coefficient have the most effects on the frequency stability. Reducing the total inertia usually increases the frequency oscillations and as a result, the transferred power between the different areas would be oscillatory. The most important reason of the total inertia reduction is the increase of renewable power generation in modern power systems. In order to overcome the problems resulted from the inertia reduction, new control approaches based on the real data of the system are in demand. Considering the recent advancements on PMUs and wide-area monitoring systems (WAMS), it is possible to design and implement online control methods in modern power systems considering online estimation of both total inertia and damping parameters. In this thesis, a novel method to online estimating the total inertia is proposed. In the proposed method, the sub-state space is firstly estimated using N4SID algorithm and the available data from PMUs. Based on the estimated sub-state space, the state space model of the system is identified. Next, after converting the discrete model of the state space to continue state space model, the transfer mode of the system is obtained. By applying the reduction technique, the first order transfer function of the swing equation is achieved resulting in obtaining the required parameters. The results verify that N4SID has good ability to estimate the synchronous generators inertia with high accuracy. It has been proven by different scenarios the proposed method is reliable, fast, and noise-independent.
Keywords: Frequency response, inertia constant estimation, WAMS, PMUs, N4SID method.
عنوان: تخمین ثابت اینرسی سیستم‌هاي قدرت در زمان حقیقی با استفاده از مفهوم ناحیه گسترده و تجهیزات اندازه‌گیري فازوري
چکیده: امروزه پایداری سیستمهای قدرت بههم پیوسته از جمله پایداری فرکانس یکی از مهمترین زمینههای تحقیقاتی محسوب میشود. پایداری فرکانس سیستم قدرت بههم پیوسته به پارامترهای سیستم و تعادل توان اکتیو بستگی دارد. ثابت اینرسی و ضریب میرایی سیستم قدرت از مهمترین پارامترهای سیستم قدرت هستند که بر پایداری فرکانس تاثیر دارند. از میان این پارامترها، ثابت اینرسی سیستم قدرت نقش بیشتری در پاسخ اولیه فرکانس دارد. کاهش ثابت اینرسی باعث افزایش نوسان فرکانس سیستمهای قدرت و در نتیجه افزایش نوسان توان انتقالی بین نواحی مختلف میشود. یکی از عوامل کاهش اینرسی سیستم قدرت، افزایش مشارکت منابع تجدیدپذیر در سیستم است. برای مواجهه با این مشکل، سیستمهای قدرت بههم پیوسته به طرحهای کنترلی مناسب براساس مدل واقعی سیستمهای قدرت نیاز دارند. برای رسیدن به مدل واقعی سیستمهای قدرت در زمان حقیقی، نیاز به تخمین درست ثابت اینرسی است. با توسعه سیستم اندازه‌گیری ناحیه‌گسترده (WAMS) و گسترش مفهوم اندازه‌گیری فازروی مبتنی بر دستگاه‌های اندازه‌گیری فازور (PMUها)، امکان پیاده‌سازی طرحهای آنلاین مناسب برای تخمین ثابت اینرسی و پارامترهای دیگر مؤثر بر مدل پاسخ فرکانس فراهم شده است.
در این پایان‌نامه یک روش مبتنی بر WAMS برای تخمین ثابت اینرسی سیستمهای قدرت پیشنهاد شده است. روش پیشنهادی با بهره‌گیری از داده‌های PMUها، به‌صورت آنلاین زیرفضاها و مدل فضای حالت سیستم را بر اساس روش N4SID تشکیل می‌دهد و با تخمین ماتریس‌های حالت سیستم، اینرسی سیستم را تخمین می‌زند. داده‌های ورودی روش را می‌توان از پاسخ سیستم به اغتشاشات بدست آورد. با این حال، تمرکز این پایان‌نامه روی حالتی است که از یک سیگنال تزریقی برای ایجاد عدم تعادل در توان اکتیو و تحریک فرکانس سیستم استفاده شود. روش پیشنهادی بر روی سه سیستم مختلف شبیه‌سازی شده است. نتایج شبیه‌سازی، کارایی روش تخمین N4SID پیشنهادی بر اساس داده‌هایPMU را نشان می‌دهد. روش پیشنهادی قادر است با استفاده از مفاهیم روش N4SID، ضمن کاهش اثر نویز، تخمین دقیق و سریعی از ثابت اینرسی سیستم ارائه دهد.
کلمات کلیدی: پاسخ فرکانس، تخمین ثابت اینرسی، سیستم اندازه‌گیری ناحیه گسترده (WAMS)، دستگاه‌های اندازه‌گیری فازوری (PMUs)، روش N4SID.
