Enhancing Network OperationalFlexibility for Wind Energy Integration
A Coordinated Optimization Approach Across Generation, Transmission, Storage, and Demands
Tid: To 2025-06-12 kl 09.00
Plats: D2, Lindstedtsvägen 5, Stockholm
Språk: Engelska
Ämnesområde: Elektro- och systemteknik
Respondent: Zhongtian Li , Elektromagnetism och fusionsfysik
Opponent: Professor Iver Bakken Sperstad, SINTEF, Trondheim Norge
Handledare: Professor Patrik Hilber, Elektromagnetism och fusionsfysik
QC 20250522
Abstract
Ökad integration av vindkraft i elnäten medför betydande variationer som utmanar nätets operativa flexibilitet. Traditionella isolerade strategier, där produktion, överföring, lagring och efterfrågan hanteras separat, leder ofta till lokalt optimal integration av vindenergi.
Detta understryker behovet av en Holistisk och flexibel operativram för att maximera användningen av vindkraft i befintliga nät utan betydande investeringar i ny infrastruktur.
För att möta detta behov föreslås i denna avhandling en samordnad optimeringsmetod som integrerar vindresursbedömning, dynamic thermal rating (DTR), energilagringssystem (ESS) och strategier förefterfrågestyrning. Metoden använder optimeringstekniker, inklusive tvåstegs stokastisk programmering med sannolikhetsbegränsningar och copula-baserad korrelationsmodellering, för att hantera osäkerheter i vindkraftstillgång och energiefterfrågan. Genom optimering över flera energidomäner (el, värmeenergi och väte) och genom att utnyttja flexibilitetsresurser förbättrar kan det föreslagna ramverket nätets förmåga att hantera vindkraftens variation samtidigt som driftsäkerheten bibehålls. Avhandlingens bidrag inkluderar: För det första introduceras en planeringsmodell för vindkraftsutbyggnad tillsammans med DTR baserade transmissionssystem som minimerar vindkraftens begränsningar samtidigt som balans uppnås mellan investeringskostnader och nätreliabilitet. För det andra utvecklas en dynamisk driftsstrategi som kombinerar DTR med batterilagring för att öka vindenergiintegrationen med hänsyn till batteriers degradering. För det tredje presenteras ett integrerat koordinationsramverk för flera energislag, där överskottsenergi från vindkraft används i andra energiformer och flexibla laster aktiveras. Slutligen formuleras en stokastisk optimeringsmodell med sannolikhetsbegränsningar som beaktar osäkerheter under varierande väder- och belastningsförhållanden. Fallstudier visar att den samordnade strategin avsevärt ökar utnyttjandet av vindkraft och minskar driftkostnaderna jämfört med traditionella isolerade metoder. Dessa förbättringar understryker värdet av integrerad planering och drift för framtida elsystem med hög andel förnybar energi. Sammanfattningsvis bidrar denna forskning till forskningsfronten inom integration av vindkraft genom att validera effektiviteten hos en holistisk strategi. Den ger också praktisk vägledning för systemoperatörer och planerare för att utveckla mer flexibla och resilienta kraftsystem med hög andel förnybar energi.