[論文レビュー] Reliability assessment of microgrid with renewable generation and prioritized loads

Osama Aslam Ansari, N. Safar+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 22, 2017

Power System Reliability and Maintenance参考文献 12被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、再生可能エネルギー源（RES）と優先順位付き負荷を統合したマイクログリッドの信頼性を評価するためのハイブリッド解析・シミュレーション手法を提案する。RESの変動性を扱うために解析モデルとモンテカルロシミュレーションを組み合わせることで、マイクログリッド統合が、特に高優先度負荷において、システム信頼性を顕著に向上させることを示している。島連系状態下でも、指標の向上が観察された。

ABSTRACT

With the increase in awareness about the climate change, there has been a tremendous shift towards utilizing renewable energy sources (RES). In this regard, smart grid technologies have been presented to facilitate higher penetration of RES. Microgrids are the key components of the smart grids. Microgrids allow integration of various distributed energy resources (DER) such as the distributed generation (DGs) and energy storage systems (ESSs) into the distribution system and hence remove or delay the need for distribution expansion. One of the crucial requirements for utilities is to ensure that the system reliability is maintained with the inclusion of microgrid topology. Therefore, this paper evaluates the reliability of a microgrid containing prioritized loads and distributed RES through a hybrid analytical-simulation method. The stochasticity of RES introduces complexity to the reliability evaluation. The method takes into account the variability of RES through Monte- Carlo state sampling simulation. The results indicate the reliability enhancement of the overall system in the presence of the microgrid topology. In particular, the highest priority load has the largest improvement in the reliability indices. Furthermore, sensitivity analysis is performed to understand the effects of the failure of microgrid islanding in the case of a fault in the upstream network.

研究の動機と目的

• 分散型再生可能エネルギー源（RES）と優先順位付き負荷を統合したマイクログリッドの信頼性を評価すること。
• 堅牢なシミュレーションベースのアプローチを用いて、RESの変動性に起因する信頼性評価の課題に対処すること。
• 系統の上流で発生する故障時におけるマイクログリッドの島連系状態がシステム信頼性に与える影響を定量化すること。
• 負荷の優先順位付けが、再生可能エネルギー統合型配電系統における信頼性指標に与える影響を特定すること。

提案手法

• 解析モデルと確率的シミュレーションを組み合わせることで、マイクログリッドの信頼性を評価するためのハイブリッド解析・シミュレーション手法を開発した。
• 再生可能エネルギー源（RES）の確率的挙動と変動性をモデル化するために、モンテカルロ状態サンプリングを用いた。
• さまざまな負荷タイプに異なる信頼性水準を割り当てることで、負荷の優先順位付けを組み込んだ。
• 繰り返しのシミュレーション実行から得られた結果を基に、SAIDIやSAIFIなどの標準指標を用いてシステム信頼性を評価した。
• マイクログリッドの島連系能力を考慮するために、故障シナリオをシミュレートし、島連系運用時のシステム性能を分析した。
• マイクログリッドの島連系失敗が全体のシステム信頼性に与える影響を評価するための感度分析を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 再生可能エネルギー発電を有するマイクログリッドの統合は、全体のシステム信頼性にどのように影響を与えるか？
• RQ2 変動性を示す再生可能エネルギー源を有するマイクログリッドにおいて、負荷の優先順位付けが信頼性指標に与える影響は何か？
• RQ3 マイクログリッドの島連系能力は、系統の上流で発生する故障時における信頼性にどのように影響を与えるか？
• RQ4 RESの変動性は、配電系統における信頼性評価結果にどの程度影響を与えるか？

主な発見

• 再生可能エネルギー発電を有するマイクログリッドの統合は、特に高優先度負荷条件下において、全体のシステム信頼性を顕著に向上させる。
• 最高優先度負荷は、信頼性指標の向上が最も顕著であり、重要な状況下での優先順位付けの有効性が裏付けられた。
• マイクログリッドの島連系能力は、信頼性向上に肯定的な寄与を示し、特に系統の上流で故障が発生した場合に顕著である。
• 感度分析の結果、マイクログリッドの島連系失敗は信頼性の著しい低下を引き起こすことが判明し、その重要性が強調された。
• ハイブリッドシミュレーション・アナリティカル手法は、RESの確率的性質を効果的に捉え、正確な信頼性評価を可能にした。
• 結果は、優先順位付き負荷とRESを有するマイクログリッドが、配電系統の拡張の必要性を延期または回避できることを確認した。