[論文レビュー] Smart Grids Co-Simulations: Survey & Research Directions.

Peter Mihal, Martin Schvarcbacher+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 6, 2021

Smart Grid Security and Resilience参考文献 120被引用数 15

ひとこと要約

本論文は、スマートグリッドにおける共同シミュレーションに関するスコープレビューを提示し、研究分野、共同シミュレーションの側面、シミュレータ間の結合を分析している。時間同期の課題を特定し、電力・通信統合、サイバーセキュリティ、再生可能エネルギー管理分野における今後の研究方向性を提案している。

ABSTRACT

The integration of renewable sources, communication and power networks with information and communication technologies is one of the main challenges in Smart Grids (SG) large-scale testing. For this reason, the coupling of simulators is commonly used to dynamically simulate several aspects of the SG infrastructure, in the so-called co-simulations. In this paper, we provide a scoping review of research of co-simulations in the context of Smart Grids: i) research areas and research problems addressed by co-simulations, ii) specific co-simulation aspects focus of research, iii) typical coupling of simulators in co-simulation studies. Based on the results, we discuss research directions of future SG co-simulation research in each of the identified areas.

研究の動機と目的

• スマートグリッドにおける共同シミュレーション研究の現状を、複数の分野にわたり分析すること。
• 電力および通信システムにおける共同シミュレーションが主に取り組んでいる主な研究課題を特定すること。
• 共同シミュレーションフレームワークで一般的に用いられるシミュレータのペアリングおよびアーキテクチャパターンを検討すること。
• スマートグリッドの共同シミュレーションにおけるギャップと新たなトレンドに基づき、今後の研究方向性を提示すること。
• 統合されたシミュレーション環境を通じて、スマートグリッド部品のスケールアップテストおよび検証を支援すること。

提案手法

• 系統的レビュー手法を用いて、スマートグリッドの共同シミュレーションに関する査読付き論文のスコープレビューを実施した。
• 選定された研究から、研究分野、共同シミュレーションの側面、シミュレータ結合パターンを特定および分類した。
• 121件の研究を分析し、研究の焦点、シミュレータの種類、統合の課題をマッピングした。
• 時間同期技術およびFMIやHLAなどの共同シミュレーションフレームワークを評価した。
• スマートグリッドアーキテクチャモデル（SGAM）を用いて、研究課題を特定のスマートグリッド分野にマッピングした。
• 9つの主要な応用分野（A1–A9）にわたり、研究の成果を統合し、今後の研究方向性を提示した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スマートグリッドにおける共同シミュレーションが最も頻繁に取り組んでいる研究分野および課題は何か？
• RQ2 スマートグリッド研究で一般的に用いられているシミュレータ結合パターンおよび共同シミュレーションフレームワークは何か？
• RQ3 時間同期、データ交換、ハードウェアインザループなどの特定の共同シミュレーションの側面の中で、どの程度の研究が集中しているか？
• RQ4 共同シミュレーション研究は、リアルタイム性能、スケーラビリティ、相互運用性に関する課題をどのように対処しているか？
• RQ5 将来のスマートグリッド実験台およびサイバーフィジカルシステムにおける共同シミュレーションの新たな研究方向性は何か？

主な発見

• 共同シミュレーションは、電力系統の故障、復旧メカニズム、デバイスレベルの故障をモデル化するために広く用いられている。
• 電力シミュレータと通信シミュレータの統合が最も一般的な結合パターンであり、特にパケットロスやデータインジェクション攻撃の分析に用いられている。
• 電気自動車の充電および需要応答管理に関する研究が増加しており、Modelica、電力シミュレータ、エージェントベースモデルを統合したハイブリッドプラットフォームが使用されている。
• サイバーセキュリティおよび通信の信頼性が、特にデータインジェクション攻撃やネットワークのレジリエンスに関連して、新たな注目分野となっている。
• ハードウェアインザループ（HiL）統合は、リアルタイム動作の検証およびシミュレーションの忠実度向上のために、ますます多く用いられている。
• 今後の研究は、大規模な実験台統合、高度な同期技術、共同シミュレーション環境におけるエンドツーエンドのセキュリティ検証に注力すると予想される。