[논문 리뷰] Simulation-free Estimation of Critical Clearing Time.

Thanh Long Vu, Surour Al Araifi외 2명|arXiv (Cornell University)|2015. 06. 23.

Power System Optimization and Stability참고 문헌 16인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 시간영역 시뮬레이션을 필요로 하지 않는 방법을 제안하여 대규모 전력 시스템에서 고장 발생 시의 임계로드 타임(Critical Clearing Time, CCT)을 추정한다. 이는 고장 발생 동역학을 경계하고 리아푸노프 함수 가족(lyapunov function family) 방법을 적용하여, 시간영역 시뮬레이션 없이도 직접적으로 CCT의 하한을 제공함으로써 계산 비용을 크게 절감하면서도 정확도를 유지한다. 다양한 IEEE 테스트 시스템에서 검증된 결과, 이 방법은 정확성과 효율성을 동시에 확보한다.

ABSTRACT

Abstract—Contingency screening for transient stability of large scale, strongly nonlinear, interconnected power systems is one of the most computationally challenging parts of Dynamic Security Assessment and requires huge resources to perform time-domain simulations-based assessment. To reduce computational cost of time-domain simulations, direct energy methods have been exten-sively developed. However, these methods, as well as other existing methods, still rely on time-consuming numerical integration of the fault-on dynamics. This task is computationally hard, since possibly thousands of contingencies need to be scanned and thousands of accompanied fault-on dynamics simulations need to be performed and stored on a regular basis. In this paper, we introduce a way to eliminate the need for fault-on dynamics simulations in contingency screening. This technique is based on bounding the fault-on dynamics and applying the recently introduced Lyapunov Function Family approach for transient stability. In turn, a lower bound of the critical clearing time is obtained without restoring to simulations. A comprehensive analysis is carried out to validate this novel technique on a number of IEEE test cases. I.

연구 동기 및 목표

• 일시적 안정성 평가를 위한 사고 선별에서 시간영역 시뮬레이션의 높은 계산 비용을 해결하기 위해.
• 기존 직접 방법에서 고장 발생 동역학의 수치적 통합에 의존하는 문제를 해결하기 위해.
• 시뮬레이션을 피하면서도 임계로드 타임에 대한 신뢰할 수 있는 하한을 제공하는 기법을 개발하기 위해.
• 수천 개의 고장 발생 궤적을 시뮬레이션할 필요 없이도 효율적인 대규모 사고 선별을 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• 시스템 궤적의 직접 시뮬레이션을 피하기 위해 수학적 제약 조건을 사용하여 고장 발생 동역학을 경계하기 위해.
• 최근 제안된 리아푸노프 함수 가족 방법을 적용하여 시간영역 통합 없이 일시적 안정성을 분석하기 위해.
• 경계된 동역학과 리아푸노프 함수 분석에서 유도된 임계로드 타임의 하한을 도출하기 위해.
• 시스템 에너지와 동역학의 경계를 이용하여 미분방정식을 풀지 않고도 안정성 여유를 추론하기 위해.
• 표준 IEEE 테스트 시스템을 대상으로 포괄적인 분석을 통해 방법을 검증하기 위해.
• 시뮬레이션 중심의 단계를 분석적 경계 기법으로 대체하여 계산 효율성을 확보하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 전력 시스템에서 고장 발생 동역학을 시뮬레이션하지 않고도 임계로드 타임의 하한을 계산할 수 있는가?
• RQ2 기존의 시뮬레이션 기반 접근 방식과 비교해 볼 때, 제안된 시뮬레이션 불필요 방법이 임계로드 타임을 얼마나 정확하게 추정하는가?
• RQ3 사고 선별에서 시간영역 시뮬레이션을 제거함으로써 얻는 계산적 이점은 무엇인가?
• RQ4 다양한 복잡도와 네트워크 구조를 가진 다양한 IEEE 테스트 시스템에서 이 방법의 견고성은 어떠한가?

주요 결과

• 제안된 방법은 시간영역 시뮬레이션을 전혀 수행하지 않더라도 임계로드 타임의 하한을 성공적으로 계산한다.
• 고장 발생 동역학의 시뮬레이션 중심 단계를 분석적 경계 기법으로 대체함으로써 상당한 계산 비용 절감을 달성한다.
• 다양한 IEEE 테스트 시스템에서의 검증을 통해 정확성과 신뢰성이 유지됨을 입증한다.
• 리아푸노프 함수 가족 방법과 동역학적 경계 기법의 조합을 통해 수치적 통합 없이도 직접적인 안정성 평가가 가능하다.
• 이 방법은 확장 가능하며, 강한 비선형성과 상호연결된 대규모 전력 시스템에 적합하다.
• 결과적으로 시뮬레이션 불필요 추정이 동적 안정성 평가에 실현 가능하고 효과적임을 보여준다.