[論文レビュー] A Short-Term Voltage Stability Index and case studies

Wenlu Zhao|arXiv (Cornell University)|Feb 22, 2017

Power System Optimization and Stability参考文献 10被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、中国東部送電網を含む大規模電力系における電圧安定性を評価するため、連続的で定量的かつ多次元的な短期電圧安定性インデックス（SVSI）を提案する。SVSIは、故障後の過渡的電圧回復、振動、定常状態回復を評価し、10,000件のケースで検証され、動的無効電力（VAR）割り当て最適化に応用された。

ABSTRACT

The short-term voltage stability (SVS) problem in large-scale receiving-end power systems is serious due to the increasing load demand, the increasing use of electronically controlled loads and so on. Some serious blackouts are considered to be related to short-term voltage instability. In China, the East China Grid (ECG) is especially vulnerable to short-term voltage instability due the its increasing dependence on power injection from external grids through HVDC links. However, the SVS criteria used in practice are all qualitative and the SVS indices proposed in previous researches are mostly based on the qualitative SVS criteria. So a Short-Term Voltage Stability Index (SVSI), which is continuous, quantitative and multi-dimensional, is proposed in this paper. The SVSI consists of three components, which reflects the transient voltage restoration, the transient voltage oscillation and the steady-state recovery ability of the voltage signal respectively after the contingency has been cleared. The theoretical backgrounds and affected factors of these three components of SVSI are analyzed, together with some feasible applications. The verification of the validity of SVSI are tested through more 10,000 cases based on ECG. Additionally, a simple case of selecting candidate locations to install dynamic var using SVSI is presented to show its feasibility to solve the optimization problem for dynamic var allocation.

研究の動機と目的

• 高外部受電を有する大規模受電系における定量的電圧安定性基準の欠如に応える。
• 実務で用いられる定性的で連続的でないインデックスの限界を克服する。
• 故障後の過渡的電圧行動を捉える多次元的で連続的なインデックスを構築する。
• SVSIを用いた動的VAR割り当て最適化を含む実用的応用を可能にする。
• 広範なケーススタディを通じて、実システム条​​件下でのインデックスの有効性を検証する。

提案手法

• 過渡的電圧回復、過渡的振動、定常状態回復の3要素からなるSVSIを提案する。
• 故障開放後の時領域電圧信号解析を用いてSVSIを定式化する。
• 各SVSI要因の理論的基盤を電圧ダイナミクスとシステム応答特性に基づき導出する。
• 東中国送電網（ECG）における多様な事故シナリオにSVSIを適用し、耐性および感度を検証する。
• SVSIを用いてバスの動的VAR支援割り当ての順位付けを行い、最適化における実現可能性を示す。
• 10,000件を超える事故ケースを用いてインデックスの整合性と信頼性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 短期電圧安定性を評価する連続的で定量的かつ多次元的なインデックスをどのように開発できるか？
• RQ2 短期電圧安定性に影響を与える電圧応答の主要なダイナミクス的要因は何か？
• RQ3 提案されたSVSIは、弱い電圧ポイントを特定する観点で定性的基準と比較してどのように優れているか？
• RQ4 SVSIは動的VAR支援装置の最適配置を的確に指し示すことができるか？
• RQ5 SVSIは多数のシステム事故状況においてどのように性能を発揮するか？

主な発見

• SVSIは中国東部送電網における10,000件の事故ケースにおいて、短期電圧安定性を的確に定量化した。
• インデックスは過渡的電圧回復、振動、定常状態回復を捉えており、包括的な安定性評価を可能にした。
• SVSIは実際のシステム電圧挙動と強く相関しており、その信頼性が裏付けられた。
• インデックスは動的VAR支援装置の設置候補バスの効果的な特定を可能にした。
• 提案手法により、定性的判断への依存が軽減され、電圧安定性モニタリングにおける意思決定が向上した。
• SVSIはリアルタイム安定性評価および無効電力補償最適化に応用可能である。