Model Development for DSO-TSO Coordination in a Local Flexibility Market

Denne masteroppgaven har som hovedmål å utvikle en flerperiodisk hybrid AC/DC-OPF modell som et planleggingsverktøy i et lokalt fleksibilitetsmarked. Intensjonen med markedet er å opprette en plattform for transmisjons og distribusjons operatørs informasjonsutveksling og aktivering av fleksibilitet fra distribusjonsnettet som igjen vil gi bedre utnytelses og reguleringsevne i kraftsystemet. Flere test caser med forskjellige nettproblemer i distribusjons- og overføringsnettet ble så utviklet. Ved bruk av fleksibiliteten i distribusjonsnettet har modellen løst disse nettproblemene på best mulig økonomisk måte. For å bedre forstå hvorfor et lokalt fleksibilitetsmarked og optimal kraft flyt verktøy er nødvending vil det gis en introduksjon til forskjellige nettproblemer som kan oppstå i distribusjons- og overføringsnettet, samt forskjellige distribuerte fleksibilitetsressurser som kan brukes til å løse disse problemene. Nettproblemene vil være overbelastning for både overførings- og distribusjonsnettet, spenningsproblemer i distribusjonsnettet og generell optimalisering av distribusjonsnettet. I denne oppgaven vil fokus være å bruke distribuerte fleksibilitetsressurser som batterier, distribuert generering, lastforskyvning og lastkutting for å løse nettproblemer. For å få en bedre forståelse for hvordan den flerperiodiske hybride AC/DC-OPF-modellen brukes som et planleggingsverktøy vil det gis en omfattende forklaring for hvordan strategien for drift av lokalt fleksibilitetsmarked vil foregå, samt hvordan de lokale fleksibilitetsdeltakerne vil utføre deres roller og ansvaret i markedet. Strategien er basert på konseptet "rullende horisont", der planleggingen av operasjonen med en gitt usikkerhet utføres dagen før operasjonen basert på totrinns stokastisk optimalisering. Under selve operasjonen vil rullende horisontsteknikken brukes til å oppdatere den allerede planlagte operasjonen basert på ny og mer nøyaktige data. For å gjøre disse prosessen mer forståelig har flytskjemaer blitt laget for å vise hvordan LFM planleggingsprosessen og koordinering mellom lokale fleksibilitetsdeltakerne skal utføres. Den flerperiodiske hybride AC/DC-OPF-modellen er basert på å kombinere to optimal kraft flyt metoder i ett og samme optimaliseringsprogram, der en SOC-ACOPF metode er matematisk formulert og brukt for distribusjonsnettet og DC-OPF metode for overføringsnett. Ett matematisk tilknytningsvilkår hvor distribusjonsnettet defineres som en last for overføringsnettet ble definert. Så når en endringer skjer i distribusjonsnettet, vil overføringsnettet bli påvirket, og omvendt ved forandring i overføringsnettet. Modellen ble utvidet ytterligere ved å formulere kraftbalanseligningen som inkludere fleksibilitet i distribusjonsnettet, samt kriterier for hvordan fleksibiliteten skal aktiveres. Videre, for å kunne utføre flerperiodesimuleringer, ble modellen modifisert for å kjøre flere optimal kraft flyt simuleringer. For å vise modellens bruksområder ble det utviklet et testnett som består av et distribusjons- og overføringsnett. Basert på dette testnettet ble forskjellige testtilfeller med nettproblemer som overbelastning og spenningsproblemer konstruert. Testene ble utført ved å la modellen prøve å løse disse nettproblemene med og uten bruk av fleksibilitet. Ved sammenligning av resultatet viste det seg at modellen var i stand til å løse disse nettproblemene med og uten fleksibilitet. Med fleksibilitet derimot, ble lastkutt redusert til et minimum eller ikke brukt i det hele tatt, noe som er et mer ønskelig resultat