[論文レビュー] Reducing the Risk of Cascading Failures via Transmission Switching.

Sayed Abdullah Sadat, Mostafa Sahraei‐Ardakani|arXiv (Cornell University)|Aug 21, 2018

Power System Reliability and Maintenance参考文献 15被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、潮流解析およびグラフ理論に基づく系統ストレス指標（システムの cascading outages に対する感受性を定量化する指標）を用いて、系統のストレスを低減することで、電力系統における cascading failure のリスクを低減するための送電線スイッチングの予防的・是正的制御としての有効性を提案する。IEEE-118 バス系統での結果から、送電線を停用することで系統ストレスが低下することが示され、通常は線路を停止させることでリスクが増加すると考えられているという一般的な常識に反する。

ABSTRACT

After decades of research, cascading blackouts remain one of the unresolved challenges in the bulk power systems. A new perspective for measuring the susceptibility of the system to cascading failures is clearly needed. The newly developed concept of system stress metrics may be able to provide new insight into this problem. The method employs power engineering and graph theory to analyze the network structure and electrical properties of the system, with metrics that measure stress as the susceptibility to cascading failures. In this paper, we investigate the effectiveness of transmission switching in reducing the risk of cascading failures, measured in system stress metrics. A case study, analyzing different metrics on IEEE-118 bus test system, is presented. The results show that transmission switching can be used as a preventive as well as a corrective mechanism to reduce the system's susceptibility to cascading failures. Contrary to the conventional operation wisdom that switching lines out of service jeopardizes reliability, our results suggest the opposite; system operators can use transmission switching, when the system is under stress, as a tool to reduce the risk of cascading failures.

研究の動機と目的

• 大規模電力系統における継続的な cascading blackout の問題に取り組むこと。この問題は数十年にわたり解決されていない。
• 潮流解析およびグラフ理論を用いて、cascading 故障に対する感受性を定量化する新しいシステムストレス指標を開発・適用すること。
• 一般的に信頼性リスクと見なされる送電線スイッチングが、実際にはシステムストレスを低減し、cascading 故障を防止できるかどうかを評価すること。
• 系統ストレス状態下で、送電線スイッチングが予防的制御および是正的制御としてどれほど効果的であるかをテストすること。

提案手法

• システムストレス指標は、潮流解析とグラフ理論的指標を組み合わせて導出され、系統の cascading outages に対する脆弱性を定量化する。
• 指標は、事故状態における潮流再分配およびネットワークトポロジーの変化を評価することで、系統が崩壊に近いかどうかを測定する。
• 送電線スイッチングは、送電線の開閉によってネットワークを再構成し、潮流パターンを変更する制御行動としてモデル化される。
• 複数のスイッチング設定を、システムストレス指標を用いて評価し、ストレスを最小化し、cascading リスクを低減する設定を同定する。
• IEEE-118 バステストシステムをベンチマークとして用い、さまざまなストレス状況をシミュレートし、スイッチング戦略をテストする。
• 電力系統のセキュリティ評価とネットワークトポロジー最適化を統合し、最適なスイッチング行動を特定するアプローチを採用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 送電線スイッチングは、システムストレス指標で測定した場合、cascading 故障に対する系統の感受性を低減できるか？
• RQ2 系統ストレス状態下で送電線を停用することは、実際にはシステムレジリエンスを向上させるものであり、劣化させるものではないか？
• RQ3 予防的制御としての送電線スイッチングは、是正的制御としてのそれよりも、システムストレス低減においてどれほど効果的か？
• RQ4 ネットワークトポロジーと潮流再分配は、cascading 故障リスクを決定づける要因として果たす役割は何か？

主な発見

• IEEE-118 バス系統において、送電線スイッチングによりシステムストレス指標が顕著に低減され、cascading 故障に対する感受性が低下することが示された。
• 送電線を停用することでシステムストレスが低下し、通常は線路を停止させることでリスクが増加すると考えられているという一般的な信念に反する。
• 本手法は、他のスイッチング行動よりもストレスをより効果的に低減する特定のスイッチング行動を同定でき、標的制御戦略の可能性を示した。
• システムストレス指標は、系統の脆弱性の変化を的確に捉えており、スイッチング戦略の定量的評価を可能にした。
• 送電線スイッチングは、事故発生前後の両方で有効であり、二重用途の制御機構としての利用が可能であることを示した。
• 結果から、系統運用者はストレス状態下でスイッチングを予防的ツールとして活用し、システムのレジリエンスを強化できる可能性がある。