[논문 리뷰] Reducing the Risk of Cascading Failures via Transmission Switching.

Sayed Abdullah Sadat, Mostafa Sahraei‐Ardakani|arXiv (Cornell University)|2018. 08. 21.

Power System Reliability and Maintenance참고 문헌 15인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 전력 시스템에서 계류 고장 위험을 줄이기 위해 전송 스위칭을 예방적 및 수정적 제어 수 Mitt로 사용하는 것을 제안한다. 이는 전력 흐름과 그래프 이론에서 유도된 시스템 스트레스 지표를 낮춤으로써 계류 고장을 유발하기 쉬운 정도를 측정하는 것이다. IEEE-118 버스 시스템에 대한 결과는 선로를 정지시키는 것이 시스템 스트레스를 감소시킬 수 있음을 보여주며, 기존의 선로를 정지시키면 위험이 증가한다는 통념과는 정반대이다.

ABSTRACT

After decades of research, cascading blackouts remain one of the unresolved challenges in the bulk power systems. A new perspective for measuring the susceptibility of the system to cascading failures is clearly needed. The newly developed concept of system stress metrics may be able to provide new insight into this problem. The method employs power engineering and graph theory to analyze the network structure and electrical properties of the system, with metrics that measure stress as the susceptibility to cascading failures. In this paper, we investigate the effectiveness of transmission switching in reducing the risk of cascading failures, measured in system stress metrics. A case study, analyzing different metrics on IEEE-118 bus test system, is presented. The results show that transmission switching can be used as a preventive as well as a corrective mechanism to reduce the system's susceptibility to cascading failures. Contrary to the conventional operation wisdom that switching lines out of service jeopardizes reliability, our results suggest the opposite; system operators can use transmission switching, when the system is under stress, as a tool to reduce the risk of cascading failures.

연구 동기 및 목표

• 다수 전력 시스템에서의 계류 블랙아웃 문제는 수십 년에 걸친 연구에도 불구하고 여전히 해결되지 않은 도전 과제이다.
• 전력 흐름과 그래프 이론을 사용하여 계류 고장에 대한 시스템의 취약도를 측정하는 새로운 시스템 스트레스 지표를 개발하고 적용한다.
• 일般적으로 신뢰성 위험으로 간주되는 전송 스위칭이 실제로 시스템 스트레스를 줄이고 계류 고장을 방지할 수 있는가를 평가한다.
• 시스템 스트레스 조건 하에서 전송 스위칭이 예방적 및 수정적 제어로 얼마나 효과적인가를 테스트한다.

제안 방법

• 시스템 스트레스 지표는 전력 흐름 분석과 그래프 이론적 측정치를 기반으로 하여 계류 고장에 대한 시스템의 취약도를 정량화한다.
• 지표는 사고 조건 하에서 전력 흐름 재분배와 네트워크 토폴로지 상태를 평가하여 시스템이 붕괴에 얼마나 가까운지를 평가한다.
• 전송 스위칭은 전력 흐름 패턴을 변경하기 위해 선로를 열거나 닫는 네트워크 재구성 조치로 모델링된다.
• 다양한 스위칭 구성 조합을 시스템 스트레스 지표를 사용하여 평가하여 스트레스를 최소화하고 계류 고장 위험을 감소시키는 조치를 식별한다.
• IEEE-118 버스 테스트 시스템은 다양한 스트레스 시나리오를 시뮬레이션하고 스위칭 전략을 테스트하기 위한 벤치마크로 사용된다.
• 최적의 스위칭 조치를 식별하기 위해 전력 시스템 보안 평가와 네트워크 토폴로지 최적화를 통합한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 시스템 스트레스 지표로 측정된 바에 비추어 전송 스위칭이 계류 고장에 대한 시스템의 취약도를 줄일 수 있는가?
• RQ2 시스템 스트레스 조건 하에서 전송 선로를 정지시키는 것이 시스템의 복원력을 떨어뜨리는 대신 향상시키는가?
• RQ3 예방적 제어로서의 전송 스위칭은 수정적 제어에 비해 시스템 스트레스를 얼마나 효과적으로 줄이는가?
• RQ4 네트워크 토폴로지와 전력 흐름 재분배가 계류 고장 위험을 결정하는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• IEEE-118 버스 시스템에서 전송 스위칭은 시스템 스트레스 지표를 상당히 감소시켜 계류 고장에 대한 취약도가 낮아졌음을 나타낸다.
• 선로를 정지시키는 것이 시스템 스트레스를 감소시켜, 전통적으로 선로 정지를 하면 위험이 증가한다는 믿음과는 정반대이다.
• 특정 스위칭 조치가 다른 것들보다 스트레스를 더 효과적으로 낮추는 것으로 밝혀져, 표적 제어 전략의 잠재력을 보여준다.
• 시스템 스트레스 지표는 시스템 취약도의 변화를 성공적으로 포착하여 스위칭 전략의 정량적 평가를 가능하게 한다.
• 전송 스위칭은 사고 전·후 양쪽 모두에서 효과적이며, 이는 이 제어 수 Mitt을 이중 목적 제어 수 Mitt으로 사용할 수 있음을 뒷받침한다.
• 결과는 시스템 운영자가 스트레스 상황에서 스위칭을 선제적 도구로 활용하여 시스템의 복원력을 향상시킬 수 있음을 시사한다.