[논문 리뷰] Real-Time Contingency Analysis with Corrective Transmission Switching - Part II: Results and Discussion

Xingpeng Li, Mostafa Sahraei‐Ardakani외 4명|arXiv (Cornell University)|2016. 04. 15.

Power System Optimization and Stability참고 문헌 6인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 대규모 전력 시스템에서 사고 후 위반 사항을 신속하게 해결하기 위해 정정 전송 스위칭(Corrective Transmission Switching, CTS)을 사용하는 실시간 사고 분석 도구를 제시한다. 빠른 휴리스틱 기법과 병렬 계산을 조합함으로써, ERCOT, PJM, TVA 시스템에서 위반 사항을 감소시켰으며, 표준 데스크톱에서 5분 이내로 결과를 도출하여 CTS가 실세계 구현 가능성과 높은 신뢰성 및 비용 절감 효과를 지닌다는 것을 입증한다.

ABSTRACT

This paper presents the performance of an AC transmission switching (TS) based real-time contingency analysis (RTCA) tool that is introduced in Part I of this paper. The approach quickly proposes high quality corrective switching actions for relief of potential post-contingency network violations. The approach is confirmed by testing it on actual EMS snapshots of two large-scale systems, the Electric Reliability Council of Texas (ERCOT) and the Pennsylvania New Jersey Maryland (PJM) Interconnection; the approach is also tested on data provided by the Tennessee Valley Authority (TVA). The results show that the tool effectively reduces post-contingency violations. Fast heuristics are used along with parallel computing to reduce the computational difficulty of the problem. The tool is able to handle the PJM system in about five minutes with a standard desktop computer. Time-domain simulations are performed to check system stability with corrective transmission switching (CTS). In conclusion, the paper shows that corrective switching is ripe for industry adoption. CTS can provide significant reliability benefits that can be translated into significant cost savings.

연구 동기 및 목표

• 사고 후 위반 사항을 해결하기 위해 정정 전송 스위칭(Corrective Transmission Switching, CTS) 조치를 식별하는 실시간 사고 분석(RTCA) 도구를 개발하는 것.
• ERCOT, PJM, TVA와 같은 대규모 시스템의 실제 EMS 스냅샷을 대상으로 CTS 기반 RTCA 도구의 성능을 평가하는 것.
• 표준 하드웨어에서 5분 이내 실행 시간을 달성하기 위해 빠른 휴리스틱 기법과 병렬 계산을 활용하는 방법의 타당성을 입증하는 것.
• 시간 도메인 시뮬레이션을 통해 정정 스위칭 조치 하에서 시스템의 안정성을 검증하는 것.
• 실시간 전송 시스템 운영에서 정정 스위칭의 산업적 구현 가능성과 비용-신뢰성 이점의 수립

제안 방법

• 선로 또는 발전기 정지 사고 후의 사고 후 네트워크 상태를 시뮬레이션하기 위해 AC 전력 흐름 모델을 사용한다.
• 열 및 전압 위반을 해소하는 고품질의 정정 스위칭 조치를 식별하기 위해 빠른 휴리스틱 기법을 적용한다.
• 다중 사고 시나리오를 동시에 평가하기 위해 병렬 계산을 활용한다.
• 실제 ERCOT, PJM, TVA의 EMS 스냅샷을 활용하여 도구의 실제 적용 가능성을 확보한다.
• 정정 스위칭 조치 하에서 시스템의 동적 안정성을 검증하기 위해 시간 도메인 시뮬레이션을 수행한다.
• 정정 스위칭을 실시간 안전성 평가에 통합하여 신속한 의사결정 지원 기능을 제공한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 정정 전송 스위칭은 대규모 전송 시스템에서 사고 후 위반 사항을 효과적으로 감소시킬 수 있는가?
• RQ2 표준 하드웨어에서 CTS 기반 실시간 사고 분석 도구는 대규모 시스템 데이터를 얼마나 빠르게 처리할 수 있는가?
• RQ3 빠른 휴리스틱 기법과 병렬 계산은 계산 성능과 확장성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 정정 스위칭은 사고 후 조건 하에서도 시스템의 동적 안정성을 유지하는가?
• RQ5 CTS는 실세계 전송 시스템에서 얼마나 많은 운영 리스크를 감소시키고 비용 절감 효과로 이어지는가?

주요 결과

• CTS 기반 RTCA 도구는 ERCOT, PJM, TVA를 포함한 모든 테스트 시스템에서 사고 후 위반 사항을 성공적으로 감소시켰다.
• 표준 데스크톱 컴퓨터에서 전체 PJM 시스템을 처리할 경우 도구의 처리 시간은 약 5분이었다.
• 시간 도메인 시뮬레이션을 통해 정정 스위칭 조치 하에서도 시스템이 안정된다는 것이 확인되어 동적 안정성 검증이 이루어졌다.
• 빠른 휴리스틱 기법과 병렬 계산의 통합은 솔루션 품질에 영향을 주지 않으면서도 계산 부담을 크게 감소시켰다.
• 결과적으로 정정 스위칭이 운영적으로 실현 가능하며, 높은 신뢰성 및 비용 절감 효과를 제공할 수 있음을 입증하였다.
• 본 연구는 CTS가 실시간 전송 시스템 운영에서 산업적 도입이 가능한 것으로 확인하였다.