This dissertation identifies and proposes mitigating solutions for some of the adverse economical and technical impacts of integrating wind generation into existing power systems. The main focus is on the short-term operation looking seconds to hours ahead, and on day-ahead scheduling looking 12 to 36 hours ahead. First a thorough review illustrates how wind power uncertainty affects the operation of power systems composed of conventional fossil, nuclear and hydro power sources. Then, the impact of wind power variability is studied in the short-term operations (with a time frame of less than an hour) by estimating: 1) The probability distribution of power systems frequency deviations caused by the residual demand variability; 2) The additional operational cost of following the intra-hour wind power variability through existing centralized Automatic Generation Control mechanisms. The main innovative parts of this thesis develop a hybrid deterministic/probabilistic Unit Commitment which models the day-ahead prediction of wind power and demand as random quantities. This formulation guarantees that the scheduled reserve and generation levels meet the demand with a probability above a minimum threshold, while satisfying all conventional generation and transmission constraints. The new hybrid UC schedules less reserve than the conventional deterministic method while keeping its solution less computationally intensive than a formulation based on stochastic programming. The case studies illustrate the effects of integrating wind generation in power systems dominated by nuclear and fossil fuel generation. The evolution of long-term economical and operational quantities such as costs, energy incremental costs, $\mrm{CO_2}$ emissions, reserve levels, and wind curtailment are estimated for different levels of installed wind power by simulating the operation of a realistic power system over one year. / Cette thèse identifie des solutions atténuant certaines des difficultés technico-économiques relatives à l'intégration de production éolienne dans les réseaux électriques existants. L'emphase est mise sur l'exploitation court-terme - de l'ordre des secondes aux heures - et la planification de l'opération des unités de production 12 à 36 heures à l'avance. D'abord une revue littéraire détaillée illustre comment la puissance éolienne affecte l'exploitation des réseaux électriques où sont présentes des sources de production fossiles, nucléaires et hydro-électriques. Ensuite, nous étudions l'impact de la variabilité de la puissance éolienne sur l'exploitation court terme - horizon inferieur à 1 heure – en évaluant: 1) La distribution de probabilités des déviations de fréquence des réseaux électriques causées par la variabilité résiduelle de la demande; 2) Le coût additionnel d'exploitation par des mécanismes de Contrôle Automatique de Production suivant une variabilité dans l'heure de puissance éolienne. Le principal aspect novateur de cette thèse est le développement d'un méthode de planification d'opération des unités de production hybride déterministe/probabiliste modélisant la prévision un jour à l'avance de la puissance éolienne et de la demande en tant que quantités aléatoires. Cette formulation garantie que les niveaux de réserve et de production planifiés rencontrent la demande avec une probabilité au-delà d'un seuil, tout en satisfaisant les contraintes conventionnelles de production et transport. Les études de cas illustrent les effets d'intégrer la production éolienne dans des réseaux électriques dominés par la production nucléaire et combustibles fossiles. L'évolution long-terme des quantités économiques et d'exploitation, comme les coûts de production, les coûts incrémentaux de l'énergie, les émissions de CO2, les niveaux de réserve et le déversement d'énergie éolienne sont estimés par simulation d'une année d'exploitation d'un réseau électrique réaliste pour différents niveaux de puissance éolienne installée.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.103503 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Restrepo Hernandez, Jose Fernando |
| Contributors | Francisco D Galiana (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Electrical and Computer Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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