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Practical Power System Operation

eBook - IEEE Press Series on Power and Energy Systems

Erschienen am 03.03.2014, 1. Auflage 2014
93,99 €
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Bibliografische Daten
ISBN/EAN: 9781118848630
Sprache: Englisch
Umfang: 248 S., 9.24 MB
E-Book
Format: EPUB
DRM: Adobe DRM

Beschreibung

Power system operation from an operators perspective

Power systems are operated with the primary objectives of safety, reliability, and efficiency.Practical Power System Operation is the first book to provide a comprehensive picture of power system operation for both professional engineers and students alike. The book systematically describes the operators functions, the processes required to operate the system, and the enabling technology solutions deployed to facilitate the processes. In his book, Dr. Ebrahim Vaahedi, an expert practitioner in the field, presents a holistic review of:

The current state and workings of power system operationProblems encountered by operators and solutions to remedy the problemsIndividual operator functions, processes, and the enabling technology solutionsDeployment of real-time assessment, control, and optimization solutions in power system operationEnergy Management Systems and their architectureDistribution Management Systems and their architecturePower system operation in the changing energy industry landscape and the evolving technology solutions

Because power system operation is such a critical function around the world, the consequences of improper operation range from financial repercussions to societal welfare impacts that put peoples safety at risk.Practical Power System Operation includes a step-by-step illustrated guide to the operator functions, processes, and decision support tools that enable the processes. As a bonus, it includes a detailed review of the emerging technology and operation solutions that have evolved over the last few years. Written to the standards of higher education and university curriculums,Practical Power System Operation has been classroom tested for excellence and is a must-read for anyone looking to learn the critical skills they need for a successful career in power system operations.

Autorenportrait

DR. EBRAHIM VAAHEDI has over thirty years of power industry experience in power system operation and power system planning, as well as the development and deployment of decision support tools. He currently leads the Operations Technology Department at BC Hydro, where he is responsible for Operations Technology strategy development and solution delivery. He obtained his BSc from Sharif University of Technology, and MSc and PhD degrees from Imperial College, University of London. As an IEEE Fellow, Dr. Vaahedi fulfills multiple roles for the IEEE. He is currently an Officer of the Power System Operation Committee and recently served as the Technical Chair of the IEEE 2013 PES General Meeting in Vancouver. He is an Adjunct Professor at the University of British Columbia and Sharif University of Technology. He has authored over 100 papers and won the IEEE PES Prize Paper award in 2004.

Inhalt

Foreword xi

Preface xiii

General Introduction xv

1 Introduction 1

1.1 Overview of Power System Operation 1

1.2 Operator 2

1.3 Process 3

1.4 Technology 4

1.5 Power System Operation Criteria 4

1.6 Outline of the Book 5

2 POWER SYSTEM MONITORING 6

2.1 Operator Function in Power System Monitoring 6

2.2 Process for Power System Monitoring 6

2.3 Technology for Power System Monitoring 8

2.3.1 The Role of System Control and Data Acquisition (SCADA) 8

2.3.2 State Estimation 10

2.3.3 Least Square Method for State Estimation 11

2.4 Bad Data Identification 16

2.5 Observability 19

Questions and Problems 19

3 POWER SYSTEM SCENARIO ANALYSIS 21

3.1 Operator Function in Power System Scenario Analysis 21

3.2 Process for Power System Scenario Analysis 21

3.3 Technology for Power System Control 22

3.3.1 Infrastructure for Power System Control 22

3.3.2 Technology for Power System Scenario Analysis: Power Flow 26

3.3.3 System Modeling 27

3.3.4 Power Flow Techniques 29

3.3.5 Factorization 42

3.3.6 Sparsity 45

3.3.7 Different Power Flow Scenarios and Applications 46

Questions and Problems 47

4 POWER SYSTEM POSTURING: STATIC SECURITY 48

4.1 Operators Question on Power System Posturing: Static Security 48

4.2 Process for Power System Posturing: Static Security 48

4.3 Technology for Power System Posturing: Static Security 49

4.3.1 Contingency Analysis 49

4.3.2 Contingency Definition 50

4.3.3 Contingency Selection 51

4.3.4 Contingency Evaluation 56

4.3.5 Implementation of Remedial Action Schemes 60

Questions and Problems 60

5 POWER SYSTEM POSTURING: ANGULAR STABILITY 62

5.1 Operators Question on Power System Posturing: Angular Stability 62

5.2 Process for Power System Posturing: Angular Stability 62

5.3 Technology for Power System Posturing: Angular Stability 65

5.3.1 Angular Stability Assessment 65

5.3.2 Power System Stability 68

5.3.3 Angular Stability 68

5.3.4 Transient Stability 68

5.3.5 Small System 69

5.3.6 Integration Methods 71

5.3.7 Equal-Area Criteria Method 74

5.3.8 Models for Other Components 81

5.3.9 Multimachine System 81

5.3.10 Small-Signal Stability 82

5.3.11 Angular Stability Limit Derivation 83

5.4 Implementation of Angular Stability Limits 85

Questions and Problems 86

6 POWER SYSTEM POSTURING: VOLTAGE STABILITY 88

6.1 Operators Question on Power System Posturing: Voltage Stability 88

6.2 Process for Power System Posturing: Voltage Stability 88

6.3 Technology for Power System Posturing: Voltage Stability 91

6.3.1 Voltage Stability Assessment 91

6.4 Voltage Stability Limit Derivation and Implementation 99

6.4.1 Voltage Stability Limit Derivation 99

6.4.2 Implementation of Voltage Stability Limits 100

Questions and Problems 103

7 POWER SYSTEM GENERATION LOAD BALANCE 105

7.1 Operators Question on Generation Load Balance 105

7.2 Process for Generation Load Balance 105

7.2.1 Introduction 105

7.2.2 NERC Standards for Automatic Generation Control 108

7.2.3 Process for Automatic Generation Control 109

7.3 Technology for Generation Load Balance 111

7.3.1 Automatic Generation Control Application 111

7.3.2 Automatic Generation Control Infrastructure 115

7.3.3 Example on AGC Operation 116

Questions and Problems 117

8 Power System Operation Optimization 119

8.1 Operators Question on Power System Operation Optimization 119

8.2 Process for Power System Generation Operation 120

8.2.1 Introduction 120

8.2.2 Utility Model 120

8.3 Process for Generation Sufficiency 123

8.3.1 Generation Sufficiency Process for Operations Planning 123

8.3.2 Generation Sufficiency Process for Near Real Time 123

8.3.3 Generation Sufficiency Process for Real Time 124

8.4 Technology for Generation Sufficiency 124

8.4.1 Generation Sufficiency Applications 125

8.4.2 Generation Sufficiency Infrastructure 148

Questions and Problems 149

9 SYSTEM OPERATION CONTROL CENTERS 151

9.1 Introduction 151

9.2 Modern Control Center Attributes 151

9.3 Control Center Redundancy Configuration 154

9.4 Modern Control Center Configuration 155

9.5 Modern Control Center Design Details 156

Questions and Problems 159

10 ENERGY MANAGEMENT SYSTEMS 161

10.1 Introduction 161

10.2 Ems Functionality Overview 162

10.2.1 System Monitoring 163

10.2.2 Decision Support Systems 164

10.2.3 EMS Control Actions 164

10.3 Energy Management System Availability Criteria and Architecture 165

10.3.1 Hardware Overview 166

10.3.2 Software Overview 168

10.3.3 Application Sequencing in EMS 171

10.3.4 Software Integration 172

Questions and Problems 174

11 DISTRIBUTION MANAGEMENT SYSTEM 176

11.1 Introduction 176

11.2 DMS Functionality Overview 177

11.2.1 System Monitoring 179

11.2.2 Decision Support Systems 181

11.2.3 DMS Control Actions 186

11.3 Distribution Management System Architecture 186

11.3.1 Hardware Overview 186

11.3.2 Software Overview 187

11.3.3 Application Integration with DMS 189

Questions and Problems 192

12 EVOLVING POWER SYSTEM OPERATION SOLUTIONS 193

12.1 Introduction 193

12.2 Evolving Operation Solutions 193

12.2.1 Online Transient Stability 193

12.2.2 Online Voltage Stability 196

12.2.3 Total Transfer Capability Calculator 197

12.2.4 Transmission Outage Scheduling System 201

12.2.5 Synchrophasor Systems 202

12.2.6 Distribution Automation 204

12.2.7 Dynamic Thermal Rating Systems 205

12.2.8 Distributed Energy Resources 205

12.2.9 Demand Response 206

12.2.10 Microgrid 207

12.2.11 Real-Time Posturing and Control 208

12.2.12 Critical System Application and Facilities Heartbeat 208

12.2.13 Probabilistic Limit Calculations 208

12.2.14 Managing Critical Operations Knowledge: Operations Code Book 210

Appendix A Preliminary Concepts 211

A.1 Introduction 211

A.2 Phasor Representation 211

A.3 Per-Unit Representation 213

A.4 Matrix Algebra 215

A.5 Steady-State Component Modeling 216

A.5.1 Transmission Lines 216

A.5.2 Transformers and Phase Shifters 217

A.5.3 Generators 218

A.5.4 Shunts and Synchronous Condensers 218

A.5.5 Loads 218

A.5.6 Network Equations 218

References 219

Index 224

Informationen zu E-Books

„E-Book“ steht für digitales Buch. Um diese Art von Büchern lesen zu können wird entweder eine spezielle Software für Computer, Tablets und Smartphones oder ein E-Book Reader benötigt. Da viele verschiedene Formate (Dateien) für E-Books existieren, gilt es dabei, einiges zu beachten.


Von uns werden digitale Bücher in den folgenden Formaten ausgeliefert: EPUB und PDF, jeweils mit DRM (Digital Rights Management) oder ohne DRM. Bei den Formaten PDF und EPUB ohne DRM müssen Sie lediglich prüfen, ob Ihr E-Book Reader kompatibel ist. Wenn ein Format mit DRM genutzt wird, besteht zusätzlich die Notwendigkeit, dass Sie eine kostenlose Adobe-ID besitzen. Wenn Sie ein E-Book, das Adobe® Digital Editions benötigt herunterladen, erhalten Sie eine ACSM-Datei, die zu Digital Editions hinzugefügt und mit Ihrem Account verknüpft werden muss. Einige E-Book Reader (zum Beispiel PocketBook Touch) unterstützen auch das direkte Eingeben der Login-Daten des Adobe Accounts – somit können diese ACSM-Dateien direkt auf das betreffende Gerät kopiert werden.


Da E-Books nur für eine begrenzte Zeit – in der Regel 6 Monate – herunterladbar sind, sollten Sie stets eine Sicherheitskopie auf einem Dauerspeicher (Festplatte, USB-Stick oder CD) vorsehen. Auch ist die Menge der Downloads auf maximal 5 begrenzt.


WISSENSWERTES ZU E-BOOKS

E-Books sind elektronische Ausgaben von normalen (physischen) Büchern. Man kann sie auf speziellen Lesegeräten, Smartphones und Tablet-PCs, z.B. einem iPad oder auch auf ganz normalen PCs lesen.

Eine besondere Form der Lesegeräte sind E-Book Reader. Auf einem E-Book-Reader können Sie Ihre Lieblingsbücher stets parat haben. Anstatt herkömmlicher LCD-Displays wird eine sog. E-Ink-Technologie verwenden, wodurch eine bessere Lesbarkeit erreicht wird, fast wie bei einem auf Papier gedruckten Buch.

Dabei haben E-Books einige Vorteile gegenüber dem gedruckten Buch:

  • E-Books sind jederzeit und an jedem Ort verfügbar.
  • E-Books bieten interaktive Möglichkeiten und Funktionen, so kann z.B. die Schriftgröße nach Belieben verändert werden.
  • E-Books benötigen sie in der Regel nur wenig Speicherplatz auf Ihrem Gerät.

Sie können also komplette Bibliotheken auf Ihrem E-Book-Reader anlegen. Aus urheberrechtlichen Gründen ist aber z.B. das Ausdrucken von E-Books oder Teilen daraus nicht möglich.

E-Books müssen in einem bestimmten Format für die Nutzung auf den o.g. Geräten vorliegen. Gängige Formate sind EPUB oder PDF. Das EPUB-Format ist ein internationaler Standard speziell für E-Books, PDF-Formate werden auch für viele andere PC-Anwendungen genutzt.

Die E-Books werden vorwiegend über das Internet vertrieben. Um ein E-Book per Download zu beziehen, benötigen Sie eine Online-Verbindung. Einmal heruntergeladen, können E-Books jederzeit auch offline gelesen werden.

Häufig stellt sich die Frage, was kosten E-Books im Vergleich zu gedruckten Büchern? E-Books unterliegen genauso wie gedruckte Bücher der deutschen Buchpreisbindung. Das bedeutet, dass alle E-Books überall gleich viel kosten. Durchschnittlich sind E-Books ca. 20% günstiger als gedruckte Bücher.

HINWEISE FÜR DAS HERUNTERLADEN VON E-BOOKS

Welche Software wird benötigt, um E-Books herunterladen zu können?

Zum Download von E-Books wird die Software Adobe Digital Editions benötigt, die kostenlos heruntergeladen werden kann (http://www.adobe.com/de/products/digital-editions/download.html). Je nach E-Book Reader kann zusätzliche Software notwendig sein, Sie erfahren das aus der Anleitung Ihres Readers.

Was ist eine Adobe-ID?

Für die Installation von Adobe Digital Editions wird eine Adobe-ID benötigt, um ein Benutzerkonto beim Softwarehersteller Adobe zu erhalten. Die Adobe-ID ist kostenlos und in wenigen Minuten erstellt. Durch diese ID ist es möglich, Sicherungskopien zu erstellen oder E-Books auf Ihren E-Book-Reader bzw. andere Geräte zu kopieren. Außerdem werden Sie beim Kauf eines DRM-geschützten E-Books (s.u.) immer wieder zu einer Autorisierung aufgefordert. Ohne eine persönliche Adobe-ID werden digitale Inhalte dem Gerät und nicht Ihrem persönlichen Konto zugeordnet. Geräte können auch nachträglich mit einer Adobe-ID autorisiert werden, dies funktioniert innerhalb von Adobe Digital Editions unter dem Menüpunkt „Computer autorisieren“. Generell gilt es zu beachten, separate Computer stets mit derselben ID zu aktivieren, da Sie ansonsten über verschiedene Konten verfügen, die nachträglich nicht mehr zusammengeführt werden können.

Können E-Books auch mit dem Adobe Reader oder Adobe Acrobat gelesen werden?

Rein PDF-formatierte E-Books können auch ohne Adobe Digital Editions (s.o.) gelesen werden, sofern diese nicht DRM-geschützt sind (s.u.). Zum Öffnen von E-Books im EPUB-Format wird diese Software benötigt.

Was bedeutet DRM?

Die DRM-Technologie („Digital Rights Management“) gibt Verlagen die Möglichkeit, urheberrechtliche Inhalte zu schützen bzw. Rechte für diese Inhalte zu vergeben. Je nach Vorgabe des Verlages dürfen DRM-geschützte E-Books auf einer bestimmten Anzahl von Geräten aktiviert werden. Private Sicherheitskopien dürfen erstellt, EPUB-Formate aber in der Regel nicht ausgedruckt werden. PDF-Formate können davon abweichende Vorschriften beinhalten.

Mit welchen Betriebssystemen können E-Books heruntergeladen werden?

Adobe Digital Editions (als Voraussetzung um komfortabel alle Formate von E-Books lesen zu können) ist mit den folgenden Betriebssystemen kompatibel:

  • Windows® ab XP SP3
  • Mac OS X 10.6+

Welche Systemanforderungen müssen Computer erfüllen?

Dies kann je nach E-Reader variieren. Bitte prüfen Sie vor dem Kauf, ob Ihr Computer mit dem von Ihnen ausgewählten E-Reader kompatibel ist.

Können E-Books auf andere Computer kopiert bzw. weitergegeben werden?

E-Books, die aufgrund von DRM (s.o.) gegen illegale Vervielfältigung geschützt sind, können nicht weitergegeben werden. Allerdings können mithilfe der Software Adobe Digital Editions und Ihrer persönlichen Adobe-ID E-Books auf bis zu sechs PCs oder anderer Geräte aktiviert werden. Dazu genügt eine kurze Anmeldung.

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