[論文レビュー] Simulation-free Estimation of Critical Clearing Time.

Thanh Long Vu, Surour Al Araifi+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 23, 2015

Power System Optimization and Stability参考文献 16被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、故障時ダイナミクスを境界付け、リャプノフ関数族アプローチを適用することにより、時間領域シミュレーションを必要としない大規模電力系統における臨界遮断時間（CCT）推定手法を提案する。この手法により、直接的にCCTの下界が得られ、計算コストを著しく削減しながら、IEEEテストシステムにおいても高い精度を維持する。

ABSTRACT

Abstract—Contingency screening for transient stability of large scale, strongly nonlinear, interconnected power systems is one of the most computationally challenging parts of Dynamic Security Assessment and requires huge resources to perform time-domain simulations-based assessment. To reduce computational cost of time-domain simulations, direct energy methods have been exten-sively developed. However, these methods, as well as other existing methods, still rely on time-consuming numerical integration of the fault-on dynamics. This task is computationally hard, since possibly thousands of contingencies need to be scanned and thousands of accompanied fault-on dynamics simulations need to be performed and stored on a regular basis. In this paper, we introduce a way to eliminate the need for fault-on dynamics simulations in contingency screening. This technique is based on bounding the fault-on dynamics and applying the recently introduced Lyapunov Function Family approach for transient stability. In turn, a lower bound of the critical clearing time is obtained without restoring to simulations. A comprehensive analysis is carried out to validate this novel technique on a number of IEEE test cases. I.

研究の動機と目的

• 過渡安定性評価のための事故スクリーニングにおける時間領域シミュレーションの高コスト問題に対処すること。
• 従来の直接法が故障時ダイナミクスの数値積分に依存するのを克服すること。
• 時間領域シミュレーションを一切行わず、臨界遮断時間の信頼性の高い下界を提供する技術を開発すること。
• 時間領域シミュレーションを排除することで、数千の故障時軌道をシミュレートする必要がなくなる、効率的で大規模な事故スクリーニングを実現すること。

提案手法

• システム軌道の直接シミュレーションを避けるために、数学的制約を用いて故障時ダイナミクスを境界付けること。
• 最近提案されたリャプノフ関数族アプローチを適用し、時間領域積分を必要とせずに過渡安定性を分析すること。
• 境界化されたダイナミクスとリャプノフ関数分析から、臨界遮断時間の下界を導出すること。
• システムエネルギーとダイナミクスの境界を用いて、微分方程式を解かずに安定性マージンを推定すること。
• 標準的なIEEEテストシステムを用いた包括的な分析を通じて、手法の妥当性を検証すること。
• シミュレーションに依存するステップを解析的境界化技術に置き換えることで、計算効率を確保すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電力系統における故障時ダイナミクスのシミュレーションなしに、臨界遮断時間の下界を計算できるか？
• RQ2 提案手法は、従来のシミュレーションベースの手法と比較して、臨界遮断時間をどの程度正確に推定できるか？
• RQ3 事故スクリーニングにおいて時間領域シミュレーションを排除することで、どの程度の計算上の利点が得られるか？
• RQ4 異なる複雑さとネットワークトポロジーを有するさまざまなIEEEテストシステムにおいて、この手法の頑健性はいかがなものか？

主な発見

• 提案手法は、時間領域シミュレーションを一切実行せずに、臨界遮断時間の下界を効果的に計算できた。
• 故障時ダイナミクスのシミュレーションに代えて、解析的境界化技術を用いることで、著しい計算コストの削減が達成された。
• 複数のIEEEテストシステムでの検証を通じて、精度と信頼性を維持していることが確認された。
• リャプノフ関数族アプローチと動的境界化の組み合わせにより、数値積分を必要とせずに直接安定性評価が可能になった。
• 本手法はスケーラブルであり、大規模で強く非線形な相互接続型電力系統に適している。
• 結果から、シミュレーションフリーな推定が動的セキュリティ評価において実現可能かつ効果的であることが示された。