Effect of distributed energy storage systems in the voltage stability of an island power system

Abstract

In this work the author studies the effect of energy storage systems (ESS) used as distributed reactive compensation for voltage stability of an island power system. The dynamic voltage behavior using four load models was studied for these scenarios. The system under study was closer to voltage instability when loads were modeled using static load models than with load models considering induction motors, being the constant power load model the most critical. Modal analysis was performed to determine the system’s weakest buses. V-Q curves were plotted for these buses to determine their reactive power margin. For our ESS, we consider the use of superconducting magnetic energy storage (SMES) technology as well as battery energy storage systems (BESS) and assumed the availability of four 15 MVA ESS units for reactive compensation. Six reactive compensation cases considering the allocation of all four SMES units at a single bus and their allocation distributed at different buses were evaluated. Cases considering one-site ESS location were able to increase bus voltages at one weak area, while the distributed ESS schemes managed to increase critical bus voltages at more than one weak area.

En este trabajo se estudia el efecto que tiene el uso de sistemas de almacenamiento de energía (ESS) como compensación de reactivo distribuido en la estabilidad de voltaje de un sistema de potencia isla. El comportamiento dinámico del sistema para estos escenarios fue estudiado considerando cuatro modelos de cargas. El sistema resultó ser más susceptible a instabilidad de voltaje utilizando modelos de carga estáticos en comparación con el modelo de carga considerando los motores de inducción; siendo el modelo de potencia constante el caso más crítico. Se realizó un análisis modal para determinar las barras más débiles del sistema. Para estas barras se graficaron curvas V-Q para determinar su margen de potencia reactiva. Para nuestro ESS, consideramos el uso de sistemas de almacenamiento de energía de superconductividad magnética (SMES) y baterías (BESS); asumimos la disponibilidad de cuatro unidades ESS de 15 MVA. Se estudiaron seis casos de compensación de reactivo considerando la ubicación de las cuatro unidades en una sola barra y su ubicación distribuida en diferentes barras. Cuando los ESS eran ubicados en una sola barra, el sistema pudo aumentar el voltaje en una de las áreas débiles del sistema, mientras que los esquemas de ESS distribuido pudieron aumentar los voltajes de barras críticas en más de un área débil.