A two-time scale-based approach for the analysis of short-term and long-term dynamics in electric power systems

Abstract

In this thesis an approach for the simulation of power system short-term and long-term dynamics is developed. It combines the good characteristics of both Full-Time Scale (accuracy) and Quasi Steady-State (efficiency) simulation in a unified simulation tool. According to this approach, the short-term dynamics are computed with the Full-Time Scale simulation while the long-term dynamics are calculated by the Quasi Steady-State approximation. The singular perturbation and the two-time scale techniques are applied to obtain a suitable criterion for switching from Full-Time Scale to Quasi Steady-State simulation. The switching occurs automatically once the fast part of the dynamic variables remains below a specified tolerance during a specified period of time. The benefits and main characteristics of the proposed method are shown by numerical simulations in both small and large power systems: 2-machine, 4-bus system; 3-machine, 9-bus Western System Coordinating Council (WSCC) system; 10-machine, 39-bus New England system and 46-machine, 190-bus equivalent model of the Mexican system.En esta tesis se desarrolla un enfoque para la simulación de dinámicas a corto y largo plazo del sistema energético. Combina las buenas características tanto de la Escala de tiempo completo (precisión) como de la simulación Quasi Steady-State (eficiencia) en una herramienta de simulación unificada. De acuerdo con este enfoque, la dinámica a corto plazo se calcula con la simulación de escala a tiempo completo, mientras que la dinámica a largo plazo se calcula mediante la aproximación cuasi estacionario. La perturbación singular y las técnicas de escala de dos tiempos se aplican para obtener un criterio adecuado para pasar de la Escala de tiempo completo a la simulación Quasi Steady-State. La conmutación se produce automáticamente cuando la parte rápida de las variables dinámicas permanece por debajo de una tolerancia especificada durante un período de tiempo especificado. Los beneficios y características principales del método propuesto se muestran mediante simulaciones numéricas tanto en sistemas de potencia pequeños como grandes: sistema de 2 máquinas y 4 buses; Sistema de Coordinación del Sistema Occidental de 3 máquinas y 9 buses (WSCC); 10-máquina, 39-bus sistema de Nueva Inglaterra y 46-máquina, 190-equivalente de autobús modelo del sistema mexicano.