The aim of this thesis is to optimize hydro power plants with data generated from observations and field tests at the plants. The output is optimal production tables and curves in order to operate and plan hydro power plants in an optimized way concerning power output, efficiency and distribution of water. The thesis is performed in collaboration with Vattenfall AB, which currently use an internal optimization program called SEVAP. Two alternative methods have been selected, employed and compared with the current optimization program, these are Interior-Point Method and Sequential Quadratic Programming. Three start-point strategies are created to increase the probability of finding a global optima. A heuristic rule is used for selection of strategy in order to prevent rapid changes in load distribution for small variations in dispatched water. The optimization is performed at three plants in Sweden with different size and setup. The results of this evaluation showed marginally better results for the employed methods in comparison to the currently used optimization. Further, the developed program is more flexible and compatible to integrate with future digitalization projects. / Syftet med detta examensarbete är att optimera vattenkraftverk med data som genererats från indextester vid kraftverken. Resultatet är optimala produktionstabeller och kurvor för drift och planering av vattenkraftverk. Dessa är baserade på att optimalt fördela vattnet mellan aggregaten för att maximera uteffekt och verkningsgrad. Detta arbete har utförts i samarbete med Vattenfall AB, som för närvarande använder ett internt optimeringsprogram som heter SEVAP. Två optimeringsmetoder har valts, implementerats och jämförts med det nuvarande optimeringsprogrammet. Dessa metoder är inrepunktsmetoden (IPM) och sekventiell kvadratiskt programmering (SQP). Tre startpunktsstrategier har används för att öka sannolikheten att hitta ett globalt optima. För att förhindra hastiga förändringar i lastfördelning för små variationer av avsänt vatten har en heuristisk regel används. Optimeringen har utförts på tre stationer med olika uppsättning och storlek. Resultatet av detta examensarbete visar marginellt bättre resultat för de använda metoderna i jämförelse med den nuvarande optimeringen. Det utvecklade programmet är flexibelt och kompatibelt att integrera med framtida digitaliseringsprojekt.

Vid produktion av el med hjälp av vattenkraft regleras vattenflödet i vattendraget för att producera den mängd el som marknaden efterfrågar för stunden. Detta gör att vattenflödet blir annorlunda i en reglerad älv jämfört med en oreglerad älv. Därför analyseras och jämförs skillnaderna i vattenföringen mellan en reglerad och en oreglerad älv i den här rapporten. Det gjordes med hjälp av flödesdata från två mätstationer i finska älvar, en med reglerat flöde och en med oreglerat. Utifrån flödesdatat beräknades tre olika parametrar i olika tidsskalor, månad, dag och timme, för att undersöka olikaregleringsmönster i älvarna. När flödesskillnaderna analyserats i de olika tidsskalorna konstaterades att skillnaderna i regleringsmönster blev större desto kortare tidshorisont som analyserades. I månadsperspektivet varregleringsmönster nästan lika medan i dags- och timperspektivet var det stora skillnader. I dagsperspektivet som analyserades med parametern HP1 var värdena i genomsnitt ungefär 20 gångerhögre för den reglerade älven än den oreglerade och i timperspektivet som analyserades med parameter HP2 var värdena ungefär 40–50 gånger högre i genomsnitt i den reglerade älven jämförtmed den oreglerade. Att värdena i den reglerade älven är så mycket högre beror på att flödet regleras till att optimera elproduktionen vilket gör att flödesskillnaderna under en dag och mellan två timmar blir betydligt större jämfört med flödesskillnaderna i den naturliga vattenföringen som finns i den oreglerade älven. När vårfloden kommer händer något intressant med regleringsmönstret. Mönstret i de två älvarna närmar sig varandra och blir mer lika. Värdena på parametrarna i den oreglerade älven ökar medan de minskar kraftigt i den reglerade älven. Att värdena i den reglerade älven minskar beror sannolikt på den ökade risken för dammbrott och översvämningar på grund av de högre vattenflödena, vilketberor på begränsningar i lagringskapaciteten. Regleringsmönstret skiljer sig från år till år vilket beror på nederbördsmängden och hur fyllda magasinen är vid årets början. Vid jämförelse av resultatet med en annan rapport som analyserat samma parametrar på en älv i Schweiz, kan samma trender i mönstret ses men vissa skillnader finns också vilket indikerar på de lokala förhållandenas påverkan på regleringsmönstret. / Hydro Power is one of the most important producer of electricity and to optimize the production hydropeaking is used. Hydropeaking means regulation of the discharge to produce the amount of electricity the market demands at the time. In this study the regulation pattern has been analyzed and compared in one observation station in a regulated river and one observation station in an unregulated river, in Finland. Flow data has been analyzed with regards to three different statistic parameters. One parameter that analyzes the regulation per month, one that analyzes the regulation per day and one that analyzes per hour. The result shows that the smaller the time interval is the bigger are the differences in the regulation pattern. In the month perspective the value of the parameter is almost the same, in the day perspective the values for the regulated river is approximative 10-20 times bigger than the unregulated. And in the hour perspective it is even bigger differences where the value in the regulated river is around 40-50 times bigger than for the unregulated. The reason to the higher values on the parameters in the regulated river comes from that the discharge here is regulated to optimize the production of electricity which makes the differences in the discharger higher within the day and between two hours.When the spring flood comes something interesting happens with the regulation pattern. The regulation pattern in the two rivers becomes more similar. In the unregulated river the value of the parameters increases meanwhile the values in the regulated river decreases. The reason the short time regulation decreases in the regulated river is probably because of the higher risk of flooding, due to limitations of the capacity to store water, which comes with higher discharges. The regulation pattern got some differences between the years which depends on the amount of rain and the levels in the storing magazines by the start of the year. When the results in this thesis are compared with the results of another report which analyzes the same parameters in Switzerland, the same pattern can be seen in general but also some differences which indicates on the local conditions impact on the pattern.

I och med klimatförändringar, är möjligheten att integrera stora andelar förnybar energi i elsystemet av yttersta vikt. Detta kandidatexamensarbete undersöker vattenkraftens regleringsmöjlighet när man integrerar vindkraft i ett slutet elsystem. Projektet inkluderar en fallstudie baserad på fem vattenkraftverk i en del av Skellefteälven i norra Sverige. Målet med projektet är att optimera vattenkraftensdrift med maximal andel vindkraft installerad i systemet. Detta utförs genom att maximera vattenkraftens vinster. Genom att i programvaran GAMS lösa ett linjärprogrammeringsproblem med timvis upplösning bestående av 168 timmar. När vindkraft implementeras upptäcks att den maximala installerade effekten vindkraft är 100 MW. Placeringen av vindkraften hade en påverkan på vinsterna i systemet, samt den maximala mängden. Fallstudien visar att det är elnätet som begränsar den maximala installerade effekten vindkraft och inte vattenkraftens reglerförmåga. Fallstudien visar dessutom att det är mindre lönsamt att bygga all vindkraft i en nod utan istället sprida ut vindkraften i elsystemet. / In the face of climate changes, integrating larger quantities renewable energy resources into the electrical grid is vital. This bachelor thesis project examines the regulatory ability in hydro power  when implenting wind power into a closed power system. The project includes a case study based on a part of River Skellefte älv in northern Sweden, including five hydro power plants. The goal of the project is to optimize the hydro power production with maximum amount of implimented wind power. This is done by maximizing the revenue from the hydro power plants electrical production. Through a linear programming problem consisting of 168 time steps of one hour each, an optimal scheduling for the hydro power plants is found, using the opitimization software GAMS. When implenting wind power to the system, the maximum installed wind power is found to be 100 MW. The placement of the wind power in the system affects the revenue of the power system, as well as the maximum installed wind power possible. The case study shows that it is the electrical grid that restricts the amount of wind power that can be implented, rather than the regulatory ability in the installed hydro power. The case study also indicates that it is less profitable to apply all wind power in the same node of the power system.

No description available.

No description available.

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第24593号 / 工博第5099号 / 新制||工||1976(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科都市社会工学専攻 / (主査)教授 角 哲也, 准教授 竹門 康弘, 准教授 Kantoush Sameh / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM

yes / Traditional rotor dynamics mainly focuses on the steady- state behavior of the rotor and shafting. However, for systems such as hydro turbine generating sets (HTGS) where the control and regulation is frequently applied, the shafting safety and stabilization in transient state is then a key factor. The shafting transient state inevitably involves multiparameter domain, multifield coupling, and coupling dynamics. In this paper, the relative value form of the Lagrange function and its equations have been established by defining the base value system of the shafting. Takingthe rotation angle and the angular speed of the shafting as a link, the shafting lateral vibration and generator equations are integrated into the framework of generalized Hamiltonian system. The generalized Hamiltonian control model is thus established. To make the model more general, additional forces of the shafting are taken as the input excitation in proposed model. The control system of the HTGS can be easily connected with the shafting model to form the whole simulation system of the HTGS. It is expected that this study will build a foundation for the coupling dynamics theory using the generalized Hamiltonian theory to investigate coupling dynamic mechanism among the shafting vibration, transient of hydro turbine generating sets, and additional forces of the shafting. / National Natural Science Foundation of China under Grant Nos. 51179079 and 50839003

The power output characteristics of the hydro turbine is one of the core contents for transient calculation of the hydro turbine generating sets (HTGS). In particular, the hydro turbine operates far beyond the given parameters region during the load rejection transient. As such, obtaining the complete characteristics of the hydro turbine becomes one of the key issues in calculating the transient process. In this study, methods for calculating the energy losses are proposed by analyzing the general characteristics of the inner energy losses within the hydro turbine. Characteristic parameters in the hydro turbine power model are calculated from the synthetical characteristics of the model hydro turbine. The transient power model of the hydro turbine has been established and applied to calculate and reconstruct the complete characteristics of the hydro turbine. Furthermore, the relationship curve between the mechanical friction loss power and the rotation speed under different head can be established by combing the runaway curve with the proposed turbine power model. This relationship is applied to construct the complete characteristics of the mechanical friction loss. Combining the proposed two complete characteristics, the power model of the hydro turbine is suitable for simulation with a wide range of fluctuations as well as the load rejection transient. Details of the computational procedures are presented and demonstrated using a case study. / The research reported here is financially supported by the National Natural Science Foundation of China under Grant No. 51579124, 51469011,51279071.

Yes

Yes / With the rapid urbanization of cities around the world, water security, flood control, and urban hydro-environmental management have become important tasks to tackle. The majority of large to megacities are located in delta regions surrounded by river networks, due to their historical development. They are not only threatened by floods from upstream river basins, but also endangered by the challenges of urban hydro-environmental governance. Fast urbanization causes interference and fragmentation of the river system and impedes its hydrodynamic potential, which is a primary driver of flooding, pollution, and sediment deposition. Consequently, water security and environmental problems are major issues for sustainable urban development. The purpose of this Research Topic (RT) is to examine the latest advances and developments in addressing the challenges in urban fluvial and freshwater systems as well as to discuss the opportunities they create for improvement in modelling, management practices and governance. This RT consists of twenty research articles from 99 authors under three different research themes, which feature contributions on urban space management, water pollution mitigation and urban watercourse behavioural sciences to strengthen resilience. The RT includes the following themes: • State-of-the-art numerical models, • Urban environmental and hydrological advances, and • Sustainable cities implementation.