[論文レビュー] Real-Time Contingency Analysis with Corrective Transmission Switching - Part I: Methodology

Xingpeng Li, Pranavamoorthy Balasubramanian+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 15, 2016

Power System Optimization and Stability参考文献 34被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、送電線スイッチング（TS）を統合したリアルタイム事故予測分析（RTCA）フレームワークを提案し、送電系統のセキュリティを向上させる。ヒューリスティックアルゴリズムと並列計算を用いて計算複雑性を低減することで、事故発生後の最適スイッチング操作を特定し、著しく違反を削減するとともに動的安定性を向上させる。Part IIではTVA、PJM、ERCOTシステムで検証された。

ABSTRACT

Transmission switching (TS) has gained significant attention recently. However, barriers still remain and must be overcome before the technology can be adopted by the industry. The state of the art challenges include AC feasibility and performance, computational complexity, the ability to handle large-scale real power systems, and dynamic stability. This two-part paper investigates these challenges by developing an AC TS-based real-time contingency analysis (RTCA) tool that can handle large-scale systems within a reasonable time. The tool proposes multiple corrective switching actions, after detection of a contingency with potential violations. To reduce the computational complexity, three heuristic algorithms are proposed to generate a small set of candidates for switching. Parallel computing is implemented to further speed up the solution time. Furthermore, stability analysis is performed to check for dynamic stability of proposed TS solutions. Part I of the paper presents a comprehensive literature review and the methodology. The promising results, tested on the Tennessee Valley Authority (TVA) system and actual energy management system (EMS) snapshots from Pennsylvania New Jersey Maryland (PJM) and the Electric Reliability Council of Texas (ERCOT), are presented in Part II. It is concluded that RTCA with corrective TS significantly reduces potential post-contingency violations and is ripe for industry adoption.

研究の動機と目的

• 大規模送電系統におけるリアルタイム事故予測分析（RTCA）の計算複雑性およびスケーラビリティの課題に対処する。
• 送電線スイッチング（TS）の産業的導入を阻害する要因、すなわちAC適合性、動的安定性、性能の課題を克服する。
• 事故検出後に補正TS操作を統合する実用的なRTCAツールを開発し、違反を防止する。
• 厳密な安定性解析を通じて、提案されたスイッチング手法の動的安定性を保証する。
• ヒューリスティックな候補生成と並列計算により、解決時間を短縮することで、リアルタイム導入を可能にする。

提案手法

• 計算負荷を低減するため、効果的で少数の送電線スイッチング候補を生成する3つのヒューリスティックアルゴリズムを提案する。
• 解決時間の高速化のため、並列計算を実装し、大規模システムにおけるリアルタイム実現可能性を確保する。
• AC潮流解析を統合して、AC潮流制約下でのスイッチング手法の妥当性を保証する。
• 事故発生後のシステム安定性を検証するために、動的安定性評価を適用する。
• TVA、PJM、ERCOTの実際のEMSスナップショットを用いて、実世界のシステム状態での手法の検証を実施する。
• 事故検出と補正スイッチングを統合し、事故発生後の潜在的違反を事前に緩和する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 補正送電線スイッチングをどのようにリアルタイム事故予測分析に統合することで、システムのセキュリティを向上させられるか？
• RQ2 効果的にスイッチング候補数を削減しつつ、解の品質を維持するためのヒューリスティック戦略は何か？
• RQ3 並列計算により、TSを含む大規模RTCAの解決時間はどの程度短縮できるか？
• RQ4 提案されたスイッチング操作は、事故発生後の状況において、動的安定性にどのように影響を与えるか？
• RQ5 提案されたRTCA-TSフレームワークは、実世界の送電系統モデルに実用的に導入可能か？

主な発見

• 提案されたRTCAフレームワークに補正TSを組み込むことで、TVA、PJM、ERCOTを含むテストシステム全体で事故発生後の違反が顕著に削減された。
• ヒューリスティックアルゴリズムにより、候補スイッチング操作の数が効果的に削減され、解の品質を損なわず高速な計算が可能になった。
• 並列計算の実装により、解決時間が著しく短縮され、リアルタイム導入が現実可能となった。
• 動的安定性解析により、事故発生後の条件下でも、提案されたスイッチング手法がシステムの安定性を維持することが確認された。
• 手法は実世界のシステムスナップショットにおいてスケーラビリティと実用性を示し、産業的導入の強い可能性を示した。
• フレームワークはAC潮流適合性と計算複雑性の両方を適切に扱い、産業実装の主要な障壁を克服した。