Optimal tuning of UFLS schemes based on frequency stability margin

Abstract

La creciente penetración de las fuentes de energía renovables (FER) afecta a la estabilidad del sistema, en particular a la estabilidad de la frecuencia de pequeños sistemas eléctricos aislados como el de las Islas Canarias. Los deslastres de carga por baja frecuencia (UFLS) se utilizan normalmente como último recurso para proteger los sistemas eléctricos. El objetivo de este proyecto es optimizar los parámetros de un esquema UFLS basado en el margen de estabilidad de frecuencia (FSM) utilizando algoritmos heurísticos, concretamente simulated annealing, y compararlo con el esquema UFLS convencional. El modelo se implementa tanto en el sistema eléctrico de La Palma como en el de Gran Canaria para evaluar su eficacia en caso de perturbación (pérdida grupo generador). Los resultados muestran que la implementación de FSM en el esquema UFLS de La Palma mejora significativamente su rendimiento. Por el contrario, en el caso de Gran Canaria, aunque se reduce el deslastre de carga, el esquema es menos eficaz que los enfoques convencionales a la hora de disminuir las grandes desviaciones de frecuencia en estado estacionario. Además, se presenta un análisis de sensibilidad del esquema UFLS basado en FSM para el sistema eléctrico de La Palma, donde se estudia el efecto de la variación de parámetros clave de diseño como el nivel de penetración de FER, la inclusión de almacenamiento, la formulación de la función objetivo y la inclusión del diseño del tamaño de los escalones de deslastre.

The increasing penetration of renewable energy sources (RES) impacts system stability, particularly frequency stability in small isolated power systems such as the Canary Islands. Underfrequency load shedding (UFLS) are typically used as a las resort tool to protect power systems. The aim of this project is to optimize the parameters of an UFLS scheme based on the frequency stability margin (FSM) using heuristic algorithms, specifically simulated annealing, and compare its performance with the conventional UFLS scheme. The model is implemented both in the La Palma and the Gran Canaria power systems to assess its effectiveness in case of a disturbance (generator outage). The results of this study exhibit that implementing FSM in the La Palma’s UFLS scheme significantly enhances its performance. In contrast, for Gran Canaria power system, although there is an improvement in load shedding reduction, the scheme is less effective than conventional approaches in diminishing large steady-state frequency deviations. Moreover, a sensitivity analysis of the FSM-based UFLS scheme for La Palma power system is presented, where the effect of varying key design parameters such as the level of RES penetration, the inclusion of storage, the objective function formulation, and the inclusion of the step size design, are studied.