[論文レビュー] The Creation and Validation of Load Time Series for Synthetic Electric Power Systems

Hanyue Li, Ju Hee Yeo+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 16, 2019

Energy Load and Power Forecasting参考文献 12被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、負荷構成、地理的位置、太陽放射資源に関する公開データを用いて、合成電力系統における現実的で高解像度のバスレベル負荷時系列を生成するための手法を提示する。プロトタイプ建物レベル負荷プロファイルを繰り返し集約し、実システムデータと照合することで、時間的負荷パターンを正確に反映する時系列を生成し、ACTIVSg10Kのような大規模合成グリッドにおけるダックカーブシナリオ分析などの応用を可能にする。

ABSTRACT

Synthetic power systems that imitate functional and statistical characteristics of the actual grid have been developed to promote researchers' access to public system models. Developing time series to represent different operating conditions of these synthetic systems will expand the potential of synthetic power systems applications. This paper proposes a methodology to create synthetic time series of bus-level load using publicly available data. Comprehensive validation metrics are provided to assure that the quality of synthetic time series data is sufficiently realistic. This paper also includes an example application in which the methodology is used to construct load scenarios for a 10,000-bus synthetic case.

研究の動機と目的

• 合成電力系統における現実的でスケーラブルなバスレベル負荷時系列を生成するための、公開可能でスケーラブルな手法を開発すること。
• 実世界のシステムレベル時系列データとの包括的検証を通じて、合成負荷データの現実性および統計的正確性を保証すること。
• 個々のバスに高解像度（毎時、1年分）の負荷プロファイルを提供することにより、高度な電力系統研究を可能にすること。
• ACTIVSg10Kという10,000バスの合成グリッドを対象とした実用的応用を通じて、本手法の有効性を示すこと。

提案手法

• 各バスの地理的位置および負荷タイプ構成に基づき、住宅、商業、産業用のプロトタイプ負荷プロファイルを繰り返し下位から集約する手法を用いる。
• バスレベルの負荷サイズは米国国勢調査データ（人口および一人当たりのMW消費量）から決定され、固定の力率が仮定される。
• 太陽光発電可能性は、正規化された負荷サイズと正規化された太陽資源（NRELデータ）の重み付き和として計算され、式（4）を用いる。
• BTM太陽光発電容量は、太陽光可能性と全システム容量（ACTIVSg10Kでは30,000 MW）に基づき、式（5）を用いて比例配分される。
• 24時間のダックカーブシナリオは、元の負荷時系列から合成されたBTM太陽光出力時系列（ピークが午前1時～午後3時、始動時刻が午前6時～午前8時、終了時刻が午後6時～午後8時）を差し引くことで生成される。
• 時系列的および空間的特性における統計的類似性を保証するため、実システムレベルの負荷データから検証指標を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 公開データのみを用いて、大規模合成電力系統における現実的で高解像度のバスレベル負荷時系列をどのように合成できるか。
• RQ2 合成負荷時系列の統計的および機能的現実性を保証するための最も効果的な検証指標は何か。
• RQ3 合成負荷時系列は、分散型太陽光発電の高い導入率を示すシステムにおいて、現実世界の現象（例：ダックカーブ）をどの程度正確に再現できるか。
• RQ4 負荷データと太陽光資源データをどのように統合し、地理的および経済的に妥当な方法でBTM太陽光発電容量をバス間で分配できるか。

主な発見

• 提案手法により、1年間の毎時解像度で10,000バス分の負荷時系列が生成され、実システムの統計的および時間的特性と一致している。
• 検証フレームワークにより、合成負荷時系列がピーク値、日次パターン、季節的変動の点で実システムデータと類似していることが確認された。
• ACTIVSg10Kの合成システムにBTM太陽光発電を統合することで、現実的な「ダックカーブ」シナリオが構築された。太陽光ピーク出力は午前1時～午後3時、午前6時～午前8時および午後6時～午後8時を除き出力ゼロとなった。
• バス間でのBTM太陽光発電容量の分配は空間的に整合性があり、負荷密度と日射量の両方が高い地域に高い容量が割り当てられていることが、等高線図により確認された。
• 本手法は一般化可能であり、地理的範囲やシステム規模に関係なく、任意の合成電力系統に適用可能である。
• 全データセットは機密性の懸念なしに公開可能であり、ベンチマーク評価やアルゴリズムのテストに広く利用可能である。