[논문 리뷰] A Short-Term Voltage Stability Index and case studies

Wenlu Zhao|arXiv (Cornell University)|2017. 02. 22.

Power System Optimization and Stability참고 문헌 10인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 대규모 전력망, 특히 동청해 송전망에서의 전압 안정성을 평가하기 위해 연속적이고 정량적이며 다차원적인 단기 전압 안정성 지표(SVSI)를 제안한다. SVSI는 사고 후 일시적 전압 복귀, 진동, 정상 상태 복귀를 평가하며, 10,000건의 사례에서 검증되었고, 동적 VAR 할당 최적화에 적용되었다.

ABSTRACT

The short-term voltage stability (SVS) problem in large-scale receiving-end power systems is serious due to the increasing load demand, the increasing use of electronically controlled loads and so on. Some serious blackouts are considered to be related to short-term voltage instability. In China, the East China Grid (ECG) is especially vulnerable to short-term voltage instability due the its increasing dependence on power injection from external grids through HVDC links. However, the SVS criteria used in practice are all qualitative and the SVS indices proposed in previous researches are mostly based on the qualitative SVS criteria. So a Short-Term Voltage Stability Index (SVSI), which is continuous, quantitative and multi-dimensional, is proposed in this paper. The SVSI consists of three components, which reflects the transient voltage restoration, the transient voltage oscillation and the steady-state recovery ability of the voltage signal respectively after the contingency has been cleared. The theoretical backgrounds and affected factors of these three components of SVSI are analyzed, together with some feasible applications. The verification of the validity of SVSI are tested through more 10,000 cases based on ECG. Additionally, a simple case of selecting candidate locations to install dynamic var using SVSI is presented to show its feasibility to solve the optimization problem for dynamic var allocation.

연구 동기 및 목표

• 고외부 수전 전력 공급이 높은 대규모 수전단 전력망에서 정량적 전압 안정성 기준의 부족을 보완하기 위해.
• 실제 현장에서 사용되는 정성적이고 비연속적인 지표의 한계를 극복하기 위해.
• 사고 후 일시적 전압 거동을 포괄하는 다차원적이고 연속적인 지표를 개발하기 위해.
• SVSI를 활용한 동적 VAR 지원 최적화와 같은 실용적 응용을 가능하게 하기 위해.
• 광범위한 사례 연구를 통해 실제 시스템 조건에서 지표의 효과성을 검증하기 위해.

제안 방법

• 일시적 전압 복귀, 진동, 정상 상태 복귀를 각각 평가하는 3개 성분으로 구성된 SVSI를 제안한다.
• 사고 해제 후 시간 영역 전압 신호 분석을 통해 SVSI를 수립한다.
• 전압 역학 및 시스템 반응 특성에 기반한 각 SVSI 성분의 이론적 기초를 도출한다.
• ECG(동청해 송전망)에서 다양한 사고 시나리오에 대해 SVSI를 적용하여 탄력성과 민감도를 테스트한다.
• SVSI를 활용해 동적 VAR 지원 할당을 위한 버스 순위를 매겨 최적화 가능성의 실현 가능성을 입증한다.
• 10,000건 이상의 사고 사례를 사용해 지표의 일관성과 신뢰성을 확보하기 위해 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 단기 전압 안정성을 평가하기 위해 연속적이고 정량적이며 다차원적인 지표를 어떻게 개발할 수 있는가?
• RQ2 단기 전압 안정성에 영향을 미치는 전압 반응의 핵심 동적 성분은 무엇인가?
• RQ3 제안된 SVSI는 정성적 기준에 비해 약한 전압 지점을 식별하는 데 얼마나 효과적인가?
• RQ4 SVSI는 동적 VAR 지원 장치의 최적 배치를 효과적으로 안내할 수 있는가?
• RQ5 대규모 시스템 사고 수에 걸쳐 SVSI의 성능은 어떠한가?

주요 결과

• SVSI는 동청해 송전망에서 10,000건의 사고 사례에 걸쳐 단기 전압 안정성을 성공적으로 정량화하였다.
• 지표는 일시적 전압 복귀, 진동, 정상 상태 복귀를 모두 포괄하여 종합적인 안정성 평가를 제공한다.
• SVSI는 실제 시스템 전압 거동과 강한 상관관계를 보이며, 그 신뢰성을 입증한다.
• 지표를 통해 동적 VAR 지원 장치 설치를 위한 후보 버스를 효과적으로 식별할 수 있다.
• 제안된 방법은 정성적 판단에 대한 의존도를 감소시키고 전압 안정성 모니터링의 의사결정 과정을 향상시킨다.
• SVSI는 실시간 안정성 평가 및 무효전력 보상 최적화에 적용 가능하다.