Analysis of the economic dispatch of island electricity systems with safety and operational stability criteria

Abstract

Este trabajo analiza en qué circunstancias la provisión de reserva rodante por parte de la generación renovable proporciona beneficios técnicos y económicos a los sistemas eléctricos insulares reales. El proceso consiste en analizar el impacto de la generación eólica en la regulación primaria de la frecuencia cuando opera con un factor de descarga fijo y variable en condiciones normales. Para ello, se simula el despacho económico y se analiza la respuesta dinámica de la frecuencia del sistema ante contingencias, atendiendo a criterios de seguridad y estabilidad. La evaluación se lleva a cabo en los sistemas eléctricos insulares de La Palma (de pequeño tamaño) y Tenerife (de tamaño medio), considerando diferentes escenarios de disponibilidad de energía eólica para semanas representativas de todas las estaciones del año actual y futuros. Los resultados muestran que, en los escenarios de alta penetración de energía eólica, mediante el uso de un factor de descarga fijo es posible reducir los costes totales de operación del sistema y mejorar la calidad de la respuesta de frecuencia global del sistema, lo que se traduce en un menor coste de deslastre. Un factor de descarga variable, aunque conduce a unos costes operativos del sistema más bajos, no garantiza una respuesta de frecuencia fiable en determinados escenarios tras las contingencias. Para conseguir tanto el mínimo coste del sistema como el mejor comportamiento dinámico de la frecuencia, los sistemas reales deberían pasar a utilizar modelos de despacho económico que incluyan restricciones relacionadas con la frecuencia. Dado que el tamaño y las características de las islas de La Palma y Tenerife son representativos de un gran número de islas reales, los resultados de este trabajo pueden extrapolarse a otras islas del mundo.

This work analyses under what circumstances the provision of spinning reserves and inertia by renewable energies provides technical and economic benefits to real island power systems. The process consists of analysing the impact of wind turbines generators in primary frequency regulation when they operate at a fixed and at a variable deloading percentage under normal conditions. In order to do so, the unit commitment problem is simulated, and the system frequency dynamics are analysed in terms of security and stability. The assessment is carried out for La Palma (small size) and Tenerife (medium size) island power systems by considering different wind source availability scenarios for sample weeks of different seasons in current and future years. Results will show that in high wind penetration scenarios, by including a fixed deloading factor it is possible to improve both total system operational costs and the overall frequency response quality which translates in a lower underfrequency load shedding cost. A variable deloading factor, although lead to a lower system operational costs, falls short to ensure a reliable frequency response of certain scenarios after outages. In order to capture both the minimum system cost and the best frequency dynamic behaviour, real systems should move to the use of unit commitment models that include frequency related constraints. Since the size and the features of La Palma and Tenerife islands are representative of a significant number of existing islands, the results of this work can be extrapolated to other islands worldwide.