Producing dynamic model data for analysis of load behaviour during perturbations

Detta examensarbete är utfört på uppdrag av Vattenfall Eldistribution AB i Trollhättan. Syftet med arbetet är att effektivisera modellering av kraftnät inför simuleringar, i simuleringsverktyget PSS/E, av lasters beteenden vid en nätstörning. Effektivisering erhålles med hjälp av programmering i språket Python och genom att vissa antaganden om nätet tillåts göra. Idén till detta arbete uppstod ur ett specifikt fall, där Vattenfall fick i uppdrag att utreda varför spänningen nära en industri var fortsatt låg efter att en kortslutning som inträffat i transmissionsnätet innan industrin hade kopplats bort. Utredningen krävde att störningsförloppet simulerades i PSS/E, för att kunna ge en bild av vad som inträffat. För att simulering ska vara möjligt och för att den ska vara representativ krävs att nätet och dess komponenter modelleras på ett lämpligt sätt. Svenska kraftnät har data för sådana modeller, men denna är svåråtkomlig på grund av sekretess. Denna sekretess medförde att modelleringsarbetet blev omfattande. Tidigare simuleringar har därför utgått från att vissa delar av nätet kan modelleras med förenklade modeller och typiska värden, schablonvärden, på flera storheter. Utifrån denna hypotes har även detta examensarbete utgått i framtagandet av programkod. Orsaken till de låga spänningsnivåerna efter störningar har visat sig vara motorer, närmare bestämt en stor mängd asynkronmaskiner, som drar hög ström vid återacceleration då spänningen i nätet börjat återvända efter en störning. Den höga, framförallt reaktiva, strömmen orsakar stora spänningsfall i ledningar och framför allt transformatorer vilket leder till att fler motorer drar en hög ström vilket ytterligare sänker spänningsnivån. Programkoden, eller scriptet, som är framtaget i detta arbete låter användaren snabbt bygga upp ett modellnät för att genomföra simuleringar av det dynamiska beteendet hos laster, främst asynkronmaskiner. Snabbheten i modelleringsarbetet kommer utav att generatorer antas befinna sig så långt bort i nätet att de inte kommer känna några större påkänningar. De kan således modelleras med typiska schablonvärden. Genom ett grafiskt gränssnitt får användaren sedan välja laster att modellera. För varje last anges sedan procentuell fördelning av olika typer av belastning för just den belastningspunkten. Slutligen modelleras reläskydd för redovisning av strömmar. Scriptet har testats genom jämförelser mot ett referensnät från Vattenfall. Jämförelserna visar en liten avvikelse mellan scriptet och referensen. Detta kan bero på att scriptet använder schablonvärden och modellerar färre komponenter än vad som finns i referensnätet.This bachelor’s thesis is carried out on behalf of Vattenfall Eldistribution AB in Trollhättan. This work aims to make modelling of power grids for simulations, of load behaviour during perturbations, in PSS/E more effective. Modelling will be made more effective by means of programming, using the programming language Python, and also by allowing certain assumptions to be made about the grid. The idea for this work arose from a certain case, during which Vattenfall was tasked with investigating why voltage levels near an industry would not recover after a short circuit, on the transmission line feeding the industry, was cleared. Investigations demanded simulations of the disturbance to be carried out in PSS/E, to describe what had happened. To enable simulation and to make it representative, the grid and its components must be adequately modelled. Svenska kraftnät has the data nessecary for such modelling, but it is inaccessible due to confidentiality. Due to the data being confidential extensive work with modelling was nessecary. Early simulations were based on the idea that some parts of the grid can be modelled using only simplified models, and with typical, or default, values. This thesis uses that hypothesis in the programming code. The low voltage after these perturbations were caused by motors, more specifically induction motors, drawing high currents from the grid during reacceleration when the voltage starts to recover after the perturbation. This high, and mostly reactive, current causes significant voltage drops across the lines and transformers, in turn causing other motors to draw more current and further lowering voltage. The programming code, called a script, developed during this work allows the user to quickly create dynamic model data to use when conducting simulations of the dynamic behaviour of this type of loads. Modelling of the generators is done quickly thanks to the assumption that generators are located far enough away that they are barely affected by the studied disturbance. They are, for this reason, modelled using typical values. Through a graphical interface, the user then select which loads to model. For each load model, the distribution across different types of loads is specified by the user. Finally, protection relays are modelled to enable current monitoring. The script has been tested by comparisons to a reference network model created by Vattenfall. The comparisons show minor deviation between the script and the reference. This could be because the script uses default values and models less components than the reference