Comparison and tuning of simulation tools for power grid EMT studies

Abstract

Los estudios de transitorios electromagnéticos se utilizan para analizar la respuesta del sistema eléctrico a condiciones transitorias rápidas provocadas por rayos, resonancias, cortocircuitos, etc. Estos estudios son esenciales para diseñar sistemas eléctricos fiables, especialmente con la creciente integración de fuentes de energía renovables, como la solar y la eólica. En este proyecto de investigación se realiza una comparación entre dos herramientas avanzadas de simulación, GridPack-EMT y PSCAD. Por un lado, PSCAD se utiliza ampliamente en el mundo académico y empresarial por su interfaz fácil de usar y su modelización detallada. Por otro lado, GridPack-EMT, una extensión de GridPack, ofrece capacidades especializadas para simular transitorios electromagnéticos en grandes redes. En esta investigación, se lleva a cabo un análisis de estas dos herramientas, evaluando su precisión y aplicabilidad en la modelización de la estabilidad de la red en condiciones de fallo. Además, hemos evaluado la influencia de diferentes opciones del solver PETSc en el rendimiento de GridPack-EMT. El estudio pone de relieve los puntos fuertes y las limitaciones de cada herramienta, lo cual es importante para los investigadores a la hora de seleccionar el software de simulación adecuado para los estudios de EMT. El trabajo futuro enfatiza la necesidad de mejorar la documentación y la estandarización en GridPack-EMT para mejorar su usabilidad y fiabilidad.

Electromagnetic transient studies are used to analyse the response of the electrical system to fast transient conditions caused by lightning strikes, resonances, short circuits, etc. These studies are essential for designing reliable power systems, especially with the growing integration of renewable energy sources, such as solar power and wind. In this research project, a comparison between two advanced simulation tools, GridPack-EMT and PSCAD, is being made. On the one hand, PSCAD is widely used in academia and business because of its user-friendly interface and detailed modelling. On the other hand, GridPack-EMT, an extension of GridPack, offers specialized capabilities for simulating electromagnetic transients in big networks. In this research, an analysis of both these tools is carried out, evaluating their accuracy and applicability in modelling grid stability under fault conditions. Additionally, we have evaluated the influence of different PETSc solver options on GridPack-EMT’s performance. The study highlights the strengths and limitations of each tool, which is important for researches when selecting the appropriate simulation software for EMT studies. Future work emphasizes the need for improved documentation and standardization in GridPack-EMT to enhance its usability and reliability.

Iragankor elektromagnetikoen azterketak sistema elektrikoak izpiek, erresonantziek, zirkuitulaburrek eta abarrek eragindako baldintza iragankor azkarrei ematen dien erantzuna aztertzeko erabiltzen dira. Azterketa horiek funtsezkoak dira sistema elektriko fidagarriak diseinatzeko, bereziki energia-iturri berriztagarriak, hala nola eguzki-energia eta iturri eolikoa, gero eta gehiago integratzen direnean. Ikerketa-proiektu honetan simulazioko bi tresna aurreraturen arteko alderaketa egiten da: GridPack-EMT eta PSCAD. Alde batetik, PSCAD asko erabiltzen da akademia- eta enpresa-munduan, erabiltzeko erraza den interfazeagatik eta modelizazio xehatuagatik. Bestalde, GridPack-EMTek, GridPacken hedapen batek, sare handietan iragankor elektromagnetikoak simulatzeko gaitasun espezializatuak eskaintzen ditu. Ikerketa honetan, bi tresna horiek aztertzen dira, eta sarearen egonkortasunaren modelizazioan duten zehaztasuna eta aplikagarritasuna ebaluatzen da, akats-baldintzetan. Gainera, PETSc solverraren aukera desberdinek GridPack-EMT errendimenduan duten eragina ebaluatu dugu. Azterketak tresna bakoitzaren indarguneak eta mugak nabarmentzen ditu, eta hori garrantzitsua da ikertzaileentzat EMT azterketetarako simulazio-software egokia hautatzeko orduan. Etorkizuneko lanak GridPack-EMTko dokumentazioa eta estandarizazioa hobetzeko beharra nabarmentzen du, haren erabilgarritasuna eta fidagarritasuna hobetzeko.