Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Impact of dependencies in risk assessments of power distribution systems
KTH, School of Electrical Engineering (EES), Electric Power Systems.
2008 (English)Licentiate thesis, monograph (Other scientific)
Abstract [en]

 Society has become increasingly dependent on electricity, so power system reliability is of crucial importance. However, while underinvestment leads to an unacceptable number of power outages, overinvestment will result in costs that are too high for society. The challenge is to find a socioeconomically adequate level of risk. In this risk assessment, not only the probability of power outages, but also the severity of their consequences should be included.

 

A risk assessment can be performed from either the perspective of customers or the perspective of the grid owner, depending on whether the consequences faced by customers or the grid owner are considered. Consequences of power outages are usually measured through interruption costs. Examples of interruption costs for the grid owner are customer compensations and loss of goodwill. Examples of interruption costs for customers are retail losses for commercial customers and loss of heating and lighting for residential customers. The aim of this thesis is to develop methods for assessing risks in power distribution systems from the customer-oriented perspective. From this perspective realistic assessments of customer interruption costs are essential.

 

To perform a customer-oriented risk assessment of a distribution system three different models are required: a customer interruption cost model, a load model and a reliability model. The customer interruption cost model describes the consequences, or costs, of power outages that customers face. The load model predicts the loss of load and the energy not supplied due to power outages. The reliability model describes component failures, which are the root causes of power outages, and the restoration processes that follow. The three models can be used together in a cost-benefit analysis to investigate the consequences for customers due to different investment alternatives.

 

In this thesis a set of new models is developed that incorporates time dependencies in customer interruption costs, load and component failures. The timing of the outage has an impact on the consequences customers face. Severe weather, which is a main contributor to component failures, is generally more common during certain seasons. These facts imply that there may be a correlation between high customer interruption costs and an increased risk for power outages. In Sweden the frequency of storms is higher during the cold period of the year when the demanded load and customer interruption costs are also high. By taking time dependencies into account, the correlation between high interruption costs and elevated risk for power outages is captured.

 

Results from the risk assessments of two test distribution systems using the models developed in this thesis show that taking time dependencies into account has a considerable impact on the estimation of customer interruption costs and energy not supplied due to outages. To evaluate the risks of extreme costs, the tools Value-at-Risk and Conditional Value-at-Risk which are commonly used in the finance industry are applied. A conclusion that can be drawn from the simulation results is that taking time dependencies into account is especially important when considering extreme outage events that give rise to extreme costs.

Abstract [sv]

Samhället blir allt mer elberoende och leveranssäkerhet av el är av yttersta vikt. Medan underinvesteringar leder till ett oacceptabelt antal elavbrott medför dock överinvesteringar för höga kostnader för samhället. Utmaningen är därför att hitta en samhällsekonomisk lönsam risknivå. I en riskanalys måste inte bara hänsyn tas till sannolikheten för elavbrott utan också avbrottens konsekvenser.

 

En riskanalys kan genomföras från antingen kundernas eller nätägarens perspektiv beroende på om det är kundernas konsekvenser eller nätägarnas konsekvenser av elavbrott som tas med i analysen. Konsekvenser av elavbrott mäts oftast i avbrottskostnader. Exempel på avbrottskostnader som drabbar nätägaren är goodwill-förluster och ersättning till kunder som har haft långa elavbrott. Exempel på avbrottskostnader som drabbar kunder är förlorade försäljningsintäkter för handel- och tjänsteföretag och uteblivna möjligheter till uppvärmning och belysning för hushåll. Avhandlingens syfte är att utveckla metoder för riskanalys av eldistributionsnät utifrån kundperspektivet. Centralt i detta perspektiv är realistiska uppskattningar av kundavbrottskostnader.

 

För att kunna genomföra en riskanalys från kundperspektivet krävs tre modeller: en kundavbrottskostnadsmodell, en belastningsmodell och en tillförlitlighetsmodell. Kundavbrottskostnadsmodellen beskriver konsekvenserna, eller kostnaderna, för kunderna av elavbrott. Belastningsmodellen modellerar icke-levererad energi och effekt på grund av elavbrott. Tillförlitlighetsmodellen beskriver fel- och lagningsprocessen för de olika komponenterna i elnätet. De tre modellerna kan kombineras i en kostnad/nytta-analys för att beskriva konsekvenserna för kunder av olika investeringsalternativ.

 

I denna avhandling utvecklas tre nya modeller som tar hänsyn till tidsberoenden i kundavbrottskostnader, belastning samt komponenters fel- och lagningsprocess. Tidpunkten för avbrottet har stor betydelse för vilka konsekvenserna blir för kunderna. Vidare är oväder, som ofta orsakar elavbrott, i regel mer koncentrerade till vissa årstider. Dessa fakta medför att det kan finnas en korrelation mellan höga kundavbrottskostnader och en ökad risk för elavbrott. I Sverige är vinterstormar vanligast och på vintern är även belastningen och avbrottskostnaden som högst. Genom att ta hänsyn till tidsberoenden fångas korrelationer mellan höga avbrottskostnader och en ökad haveririsk.

 

Med hjälp av de tre utvecklade modellerna genomförs riskanalyser av två fiktiva distributionsnät. Resultaten från analyserna visar att det ger en stor inverkan på den uppskattade kundavbrottskostnaden och den icke-levererade energin om hänsyn tas till tidsvariationer. För att utvärdera risken för extrema kostnader används två riskverktyg från finansbranschen: Value-at-risk och Conditional Value-at-risk. En slutsats från tillämpningen av riskverktygen är att tidsberoenden är speciellt viktiga att beakta om fokus ligger på de extrema händelser som ger upphov till extrema kostnader.

Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: KTH , 2008. , x, 145 p.
Series
Trita-EE, ISSN 1653-5146 ; 2008:048
National Category
Other Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-9264ISBN: 978-91-7415-110-7 (print)OAI: oai:DiVA.org:kth-9264DiVA: diva2:37821
Presentation
2008-10-22, Sal H1, KTH, Teknikringen 33, Stockholm, 10:00 (English)
Supervisors
Note
QC 20101102Available from: 2008-10-14 Created: 2008-10-14 Last updated: 2010-11-02Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1115 kB)1867 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1115 kBChecksum SHA-512
6ca7785f99bccd66f888e617fe801e7361e2dba0f39170e06be6e565102566e8334f7bb393bcb752b830a5521a01eddfc63026498f9dbe52140bee9d04525ab5
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Alvehag, Karin
By organisation
Electric Power Systems
Other Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 1867 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

isbn
urn-nbn

Altmetric score

isbn
urn-nbn
Total: 2530 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf