Voltage Sensitivity-Based Demand Response in Distribution Systems

Voltage Sensitivity-Based Demand Response in Distribution Systems. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (Thesis)
Bilal Khan Thesis [201707470].pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 20 June 2021.

Download (4MB)

Arabic Abstract

أدى التقدم والابتكارات في مجال التكنولوجيا والمعلومات والشبكات الذكية إلى ظهور خيارات جديدة في التحكم في أنظمة توزيع الطاقة وإدارتها. يتم توفير خدمات الشبكة الكلية التقليدية ,التي تم توفيرها من قبل جهات توليد الطاقة, مثل تنظيم الجهد ، وموازنة العرض والطلب ، والخدمات المساعدة ، واحتياطيات الطوارئ من موارد الطلب بشكل جزئي. يمكن توقع كفاءة النظام المحسنة, والموثوقية, والاستدامة من حيث تكامل مصادر الطاقة المتجددة(RES) من خلال برامج الاستجابة للطلب (DR). تُظهر الأحمال التي يتم التحكم فيها حراريًا (TCLs) إمكانات كبيرة لإدارة جانب الطلب (DSM) في الشبكات الذكية كمورد DR بارز. يمكن تجميعها والتحكم فيها بشكل مستقل ، أي دون الحاجة إلى التواصل.\\   حمل المدفأة (SH) هو نموذج TCL عادي مع إمكانية تخزين الحرارة وهو مورد DR رائع - خيار استجابة سريع بتكلفة منخفضة. ستؤدي إدارة الأحمال في ذروة الطلب في نظام التوزيع إلى تأجيل الاستثمارات في الجيل الجديد وتحسينات سعة البنية التحتية. نظرًا لهذه الفوائد ، حظيت DR باهتمام كبير في عصر التكنولوجيا الذكية كحل اقتصادي. يُقترح مخطط تحكم DR مستقل لتخفيف انتهاكات الجهد لنظام التوزيع المحلي من خلال إدارة أحمال SH. . يحاول المخطط المقترح ضبط نقطة تشغيل SH بذكاء بناءً على القياسات المحلية فقط. يعتمد المخطط في قراراته على الجهد في حدود العميل (يقاس محليًا) وحساسية الجهد إلى الطاقة في حدود العميل (والتي يتم تقديرها باستخدام القياسات المحلية فقط). يقدم العمل المقترح مصدرًا جديدًا للمرونة على مستوى النظام ، من خلال تقليل الطلبات الحرارية مع الطريقة المستقلة القائمة على حساسية الجهد. من خلال استخدام الذكاء الصناعي ، يضمن مخطط التحكم المقترح أن تساهم أحمال SH المتعددة ، الموجودة في نقاط مختلفة في نظام التوزيع ، بطريقة عادلة في التخفيف من انتهاكات الجهد للنظام دون الحاجة إلى الاتصال. كما تضمن وحدة التحكم هذه مستوى راحة مقبول للمستخدمين النهائيين. نتائج المحاكاة تظهر فعالية مخطط التحكم المقترح في تجديد ملامح الجهد مع الحفاظ على الإنصاف والراحة بين المستخدمين النهائيين.

English Abstract

Advancement and innovations in technology, information, and smart grids have induced novel options in the control and management of power distribution systems. Traditional bulk grid services that were provided by power generation sides such as voltage regulation, supply-demand balancing, ancillary services, and contingency reserves are now partially supplied by demand resources. Enhanced system efficiency, reliability, and sustainability in terms of \gls{resa} integration can be expected through \gls{dracs} programs. \gls{tclsa} show great potential for demand-side management (DSM) in smart grids as a prominent DR resource. They can be aggregated and controlled autonomously, i.e. without the need for communication. \\ A Space Heating (SH) load is a typical \gls{tclsa} with a heat-storing capability that is a great DR resource —a fast response option at a low cost. Load management of the distribution system’s peak demand will defer investments in new generation and infrastructure capacity up-gradations. Due to these benefits DR has attained significant attention in the smart technology era as an economical solution. An autonomous DR control scheme is proposed to alleviate voltage violations of the local distribution system by managing SH loads. The proposed DR framework can be easily extended for air conditioning loads (AC) with little modifications. The proposed scheme attempts to set the SH operating point intelligently based on local measurements only. The scheme bases its decisions on the voltage at the premise (measured locally) and the premise’s voltage-to-power sensitivity (which is estimated using local measurements only). The proposed work introduces a new source of system-level flexibility, through thermostatic demands reduction with the load voltage sensitivity-based autonomous approach. By deploying machine learning, the proposed control scheme ensures that multiple SH loads, located at different nodes on the distribution system, contribute in a fair manner to mitigate voltage violations of the system without the need for communication. This controller also ensures an acceptable comfort level for the end-users. Simulation results verify the efficacy of the proposed control scheme in revamping voltage profile while maintaining fairness among and comfort of end-users.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Electrical
Divisions: College Of Engineering Sciences > Electrical Engineering Dept
Committee Advisor: Al-Awami, Ali Taleb
Committee Members: Abido, Mohammed Ali and Khalid, Muhammad
Depositing User: BILAL KHAN (g201707470)
Date Deposited: 22 Jun 2020 15:38
Last Modified: 22 Jun 2020 15:38
URI: http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141635