[논문 리뷰] Real-Time Voltage Stability Assessment for Load Areas Based on the Holomorphic Embedding Method.

Chengxi Liu, Bin Wang외 3명|arXiv (Cornell University)|2017. 02. 05.

Power System Optimization and Stability참고 문헌 34인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 단일 전력 흐름 계산을 통해 로드 영역의 전압 프로파일을 다양한 부하 수준에서 실시간으로 평가하기 위해 반복이 없는 해석적 통합 방법(Holomorphic Embedding Method, HEM)을 사용하는 실시간 전압 안정성 평가 방법을 제안한다. 물리적 기저 솔루션을 급수에 통합하고 적응형 이중 단계 패드에 근거한 근사법을 적용하여, 대규모 시스템에서 계산 부담을 줄이며 빠르고 정확하게 전압 붕괴 지점을 예측할 수 있다.

ABSTRACT

This paper proposes a method of real-time voltage stability assessment for load areas, in which the proximity to voltage collapse point at each bus can be accurately evaluated. Based on the non-iterative holomorphic embedding method (HEM), the voltage of each bus for different loading levels in the load area is quickly screened out by only performing one-time power flow calculation. A power series derived by the HEM with a physical germ solution makes sure that the P-V curve is in conformity with that from conventional continuous power flow. Therefore, the voltage stability margin can be evaluated by plugging a value into the embedded complex variable of the power series. An adaptive two-stage Pade approximants method is also proposed based on the power series to improve its convergence. Thus, on one hand, it enables more accurate prediction of the voltage collapse point; on the other hand, reduces the computational burden on large power systems. The proposed method is illustrated in detail on a 4-bus test system and then demonstrated on a load area of Northeast Power Coordinating Council 48-geneartor, 140-bus power system.

연구 동기 및 목표

• 실시간 전압 안정성 평가를 가능하게 하여 붕괴 지점에의 접근도를 정확히 파악하는 것.
• 부하 수준을 따라 P-V 곡선을 추적하기 위해 기존 반복적 방법의 계산 비효율성을 해결하는 것.
• 단일 전력 흐름 계산으로 전체 전압 프로파일을 제공하는 반복이 없는 접근법을 개발하는 것.
• HEM를 통해 유도된 급수에 적응형 패드 근사법을 적용하여 전압 붕괴 지점 예측의 수렴성과 정확도를 향상시키는 것.
• 소규모 시험 시스템과 대규모 실용적 140bus 시스템에서의 검증을 통해 실용성 확보

제안 방법

• 부하 수준에 따른 전압 행동의 급수 표현을 유도하기 위해 반복이 없는 해석적 통합 방법(HEM)을 사용한다.
• HEM를 통해 유도된 P-V 곡선이 기존 연속 전력 흐름 결과와 일치하도록 물리적 기저 솔루션을 활용한다.
• 복소수 변수를 급수에 통합하여 임의의 부하 수준에서 전압을 직접 대입으로 평가할 수 있도록 한다.
• 수렴성과 급수 근사의 정확도를 향상시키기 위해 적응형 이중 단계 패드 근사법을 적용한다.
• 반복적인 반복 계산을 피하기 위해 단일 전력 흐름 계산을 수행하여 전체 전압 프로파일을 생성한다.
• HEM와 패드 근사법을 통합하여 대규모 시스템에서 계산 효율성과 예측 정확도의 균형을 확보한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 해석적 통합 방법은 기존 전력 흐름 추적 방법에 대한 정확하고 반복이 없는 대안을 제공할 수 있는가?
• RQ2 HEM를 통해 유도된 급수는 전통적인 연속 전력 흐름과 비교해 P-V 곡선을 얼마나 잘 재현하는가?
• RQ3 적응형 이중 단계 패드 근사법은 전압 붕괴 지점 예측의 수렴성과 정확도를 어느 정도 향상시키는가?
• RQ4 과도한 계산 비용 없이 대규모 전력 시스템에 효과적으로 적용될 수 있는가?
• RQ5 실용적 시스템에서 다양한 부하 조건에서 실시간 안정성 평가에 어떻게 성능을 발휘하는가?

주요 결과

• HEM 기반 방법은 기존 연속 전력 흐름에서 유도된 P-V 곡선을 성공적으로 재현하여 정확도를 입증한다.
• 단일 전력 흐름 계산으로 전체 전압 프로파일을 계산할 수 있어 계산 시간을 크게 단축시킨다.
• 적응형 이중 단계 패드 근사법이 수렴성을 향상시키고 전압 붕괴 지점 예측 정확도를 향상시킨다.
• 4bus 시험 시스템과 대규모 140bus 시스템에서의 적용을 통해 타당성과 강건성을 입증하며 확장 가능성을 확인한다.
• 대규모 전력 시스템에서 계산 부담을 줄이면서도 전압 안정성 마진 평가의 높은 정확도를 유지한다.