Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

Unit management of a bess-integrated hydro power plant for spinning reserve enhancement

Year (A.D.)

2020

Document Type

Thesis

First Advisor

สมบูรณ์ แสงวงค์วาณิชย์

Faculty/College

Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)

Department (if any)

Department of Electrical Engineering (ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า)

Degree Name

วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Degree Level

ปริญญาโท

Degree Discipline

วิศวกรรมไฟฟ้า

DOI

10.58837/CHULA.THE.2020.1110

Abstract

การเพิ่มขึ้นของการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนส่งผลกระทบต่อเสถียรภาพของระบบไฟฟ้า ทำให้ระบบไฟฟ้าจำเป็นต้องมีความยืดหยุ่นเพิ่มขึ้น การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.) มีเป้าหมายในการเพิ่มความยืดหยุ่นของระบบไฟฟ้า โดยการเพิ่มกำลังผลิตสำรองพร้อมจ่ายจากโรงไฟฟ้าของ กฟผ. อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบันกำลังผลิตสำรองพร้อมจ่ายในระบบไฟฟ้าของ กฟผ. ส่วนใหญ่มาจากโรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วม ซึ่งการใช้โรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วมเป็นโรงไฟฟ้าหลักในการสนับสนุนกำลังผลิตสำรองพร้อมจ่ายเป็นสิ่งที่ควรหลีกเลี่ยง เนื่องจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าต้องทำงานต่ำกว่าพิกัด ทำให้ประสิทธิภาพการทำงานต่ำและต้นทุนการผลิตไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ในขณะที่การเพิ่มกำลังผลิตสำรองพร้อมจ่ายจากโรงไฟฟ้าพลังน้ำเป็นสิ่งที่ทำได้ยาก เนื่องจากข้อจำกัดกำลังผลิตต่ำสุดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและการขาดการบริหารจัดการเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีหลายเครื่องอย่างบูรณาการ เพื่อแก้ปัญหาที่กล่าวมาข้างต้น วิทยานิพนธ์นี้จึงนำเสนอแนวคิดการบูรณาการระบบกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่ร่วมกับโรงไฟฟ้าพลังน้ำเพื่อขยายย่านการทำงานของโรงไฟฟ้า และพัฒนาอัลกอริทึมสำหรับการบริหารจัดการหน่วยผลิตไฟฟ้า เพื่อประสานการทำงานร่วมกันระหว่างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีหลายเครื่องของโรงไฟฟ้าพลังน้ำกับระบบกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่ โดยตัวอย่างที่ใช้เป็นกรณีศึกษาในวิทยานิพนธ์นี้ คือ โรงไฟฟ้าพลังน้ำเขื่อนรัชชประภา ทั้งนี้อัลกอริทึมของการบริหารจัดการหน่วยผลิตไฟฟ้าที่นำเสนอในงานวิทยานิพนธ์นี้ได้พิจารณาการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าให้สอดคล้องตามข้อจำกัดจากแนวปฏิบัติ ณ ปัจจุบันของโรงไฟฟ้าพลังน้ำเขื่อนรัชชประภาด้วย นอกจากนี้ การทำงานในรูปแบบโรงไฟฟ้าเสมือนยังถูกนำมาประยุกต์ใช้ เพื่อรักษาความสามารถของการทำงานร่วมกันระหว่างศูนย์ควบคุมระบบกำลังไฟฟ้าแห่งชาติและโรงไฟฟ้าพลังน้ำเขื่อนรัชชประภา เพื่อให้การประยุกต์ใช้แนวคิดที่นำเสนอกับระบบจริงเป็นไปได้โดยไม่ต้องปรับเปลี่ยนวิธีการควบคุม ณ ปัจจุบันของศูนย์ควบคุมระบบกำลังไฟฟ้าแห่งชาติ แนวคิดการบริหารการทำงานของโรงไฟฟ้าพลังน้ำเขื่อนรัชชประภาที่นำเสนอถูกทดสอบโดยการจำลองด้วยโปรแกรม DIgSILENT โดยอาศัยข้อมูลการควบคุมกำลังผลิตของโรงไฟฟ้าขนอมของศูนย์ควบคุมระบบกำลังไฟฟ้าแห่งชาติเพื่อการเปรียบเทียบ ผลการจำลองแสดงให้เห็นว่า 1) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั้ง 3 เครื่อง ของโรงไฟฟ้าพลังน้ำเขื่อนรัชชประภาสามารถขยายย่านการจ่ายกำลังผลิตได้ตามที่กำหนด ผ่านการประสานการทำงานร่วมกับระบบกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่ภายใต้เงื่อนไขกำลังผลิตต่ำสุดและข้อจำกัดจากแนวปฏิบัติการเดินและหยุดการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า 2) ในแต่ละสถานะการผลิตไฟฟ้า ระบบกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่สามารถเลือกทำงานในโหมดอัดประจุหรือโหมดคายประจุได้ ทำให้สามารถรักษาสถานะประจุให้อยู่ในช่วงที่กำหนดได้ โดยไม่ส่งผลกระทบต่อการจ่ายกำลังผลิตของโรงไฟฟ้าพลังน้ำเขื่อนรัชชประภา และ 3) โรงไฟฟ้าพลังน้ำเขื่อนรัชชประภาสามารถสนับสนุนกำลังผลิตสำรองพร้อมจ่ายได้เพิ่มมากขึ้นกว่าการทำงานแบบเดิม ส่งผลให้สามารถใช้โรงไฟฟ้าพลังน้ำเขื่อนรัชชประภาทำงานแทนที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วมขนาดใหญ่ได้ ดังนั้นแนวคิดการบริหารจัดการหน่วยผลิตไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าพลังน้ำบูรณาการร่วมกับระบบกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่ที่นำเสนอในวิทยานิพนธ์นี้จึงเป็นแนวทางใหม่ในการเพิ่มความยืดหยุ่นให้กับระบบไฟฟ้าเพื่อรองรับการเพิ่มขึ้นของการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนได้

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

As the increasing of renewable energy generation affects power system stability, it is necessary that the flexibility of the power system be increased. Electricity Generating Authority of Thailand (EGAT) plans to increase its system flexibility by acquiring more spinning reserve from its power plants. Currently, the spinning reserve in EGAT’s power system is mainly provided by the combined-cycle power plants. However, assigning combined-cycle power plants as the main power plants for spinning reserve should be avoided because the generators must run below their rated capacities which is inefficient and increases operating costs. On the other hand, increasing spinning reserve from the hydro power plants is difficult due to the minimum generation constraint of the generators and lack of appropriate management of multi-unit generations. To cope with these issues, this thesis proposes an integration of a battery energy storage system (BESS) with a hydro power plant to alleviate the minimum generation constraint and develop a unit management algorithm to cooperate the multi-unit generation of the hydro power plant with the BESS. To demonstrate the feasibility of the proposed concepts, a case study on the Rajjaprabha (RPB) hydro power plant is carried out in this thesis. The unit management algorithm is developed by taking into consideration also the starting and stopping time limitation to satisfy the real operational guidelines of the RPB hydro power plant. Furthermore, to preserve the interoperability between the National Control Center (NCC) and the RPB hydro power plant, the virtual power plant (VPP) model is adopted to make the proposed concepts applicable to the real system without having to change the control algorithm of the NCC. Feasibility of the proposed concepts when applied to the RPB hydro power plant is tested by simulation using DIgSILENT software. The simulation results confirm that 1) the three generators of the RPB hydro power plant can work cooperatively with the BESS to enlarge the power generation range without violation of the minimum generation constraint of the generators, 2) at any power generation level, the BESS can operate in either charging or discharging mode to keep its state of charge within the allowable range without affecting the output power of the RPB hydro power plant, and 3) the RPB hydro power plant operated under the proposed algorithm can provide much higher spinning reserve than does the traditional operation. As a result, the virtual RPB hydro power plant can replace the combined-cycle power plant in providing the required spinning reserve. From the study results, it can be concluded that the unit management of a BESS integrated hydro power plant proposed in this thesis is a new way to increase the flexibility of the power system to cope with the increasing renewable energy generation.

Share

COinS
 
 

To view the content in your browser, please download Adobe Reader or, alternately,
you may Download the file to your hard drive.

NOTE: The latest versions of Adobe Reader do not support viewing PDF files within Firefox on Mac OS and if you are using a modern (Intel) Mac, there is no official plugin for viewing PDF files within the browser window.