[논문 리뷰] Reliability assessment of microgrid with renewable generation and prioritized loads

Osama Aslam Ansari, N. Safar외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 09. 22.

Power System Reliability and Maintenance참고 문헌 12인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 재생 가능 에너지 자원(RES)과 우선순위가 부여된 부하를 통합하는 마이크로그리드의 신뢰성을 평가하기 위해 분석적 방법과 시뮬레이션을 융합한 하이브리드 방법을 제안한다. 재생 가능 에너지 자원의 변동성을 다루기 위해 분석 모델링과 몬테카를로 시뮬레이션을 조합함으로써, 마이크로그리드 통합이 특히 고우선도 부하에 대해 시스템의 신뢰성을 크게 향상시킨다는 것이 입증되었으며, 고립 상태에서 개선된 지표가 관찰되었다.

ABSTRACT

With the increase in awareness about the climate change, there has been a tremendous shift towards utilizing renewable energy sources (RES). In this regard, smart grid technologies have been presented to facilitate higher penetration of RES. Microgrids are the key components of the smart grids. Microgrids allow integration of various distributed energy resources (DER) such as the distributed generation (DGs) and energy storage systems (ESSs) into the distribution system and hence remove or delay the need for distribution expansion. One of the crucial requirements for utilities is to ensure that the system reliability is maintained with the inclusion of microgrid topology. Therefore, this paper evaluates the reliability of a microgrid containing prioritized loads and distributed RES through a hybrid analytical-simulation method. The stochasticity of RES introduces complexity to the reliability evaluation. The method takes into account the variability of RES through Monte- Carlo state sampling simulation. The results indicate the reliability enhancement of the overall system in the presence of the microgrid topology. In particular, the highest priority load has the largest improvement in the reliability indices. Furthermore, sensitivity analysis is performed to understand the effects of the failure of microgrid islanding in the case of a fault in the upstream network.

연구 동기 및 목표

• 분산형 재생 가능 에너지 자원(RES)과 우선순위가 부여된 부하를 포함하는 마이크로그리드의 신뢰성을 평가하기 위해.
• 신뢰성 평가에서 재생 가능 에너지 자원의 변동성 문제를 견고한 시뮬레이션 기반 접근법을 통해 해결하기 위해.
• 상류 전력망 고장 상황에서 마이크로그리드 고립 운영이 시스템 신뢰성에 미치는 영향을 정량화하기 위해.
• 우선순위가 부여된 부하가 재생 가능 에너지 통합 배전 시스템에서의 신뢰성 지표에 미치는 영향을 규명하기 위해.

제안 방법

• 분석 모델링과 확률적 시뮬레이션을 융합하여 마이크로그리드의 신뢰성을 평가하기 위한 하이브리드 분석-시뮬레이션 방법을 개발하였다.
• 재생 가능 에너지 자원(RES)의 확률적 행동과 변동성을 모델링하기 위해 몬테카를로 상태 샘플링 기법을 사용하였다.
• 다양한 부하 유형에 다른 신뢰성 수준을 할당하여 부하 우선순위를 통합하였다.
• 반복적인 시뮬레이션 실행을 통해 도출된 결과를 기반으로 SAIDI 및 SAIFI와 같은 표준 지표를 사용하여 시스템의 신뢰성을 평가하였다.
• 마이크로그리드 고립 능력을 고려하기 위해 고장 시나리오를 시뮬레이션하고 고립 운영 중의 시스템 성능을 분석하였다.
• 마이크로그리드 고립 실패가 전체 시스템 신뢰성에 미치는 영향을 평가하기 위해 민감도 분석을 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 재생 가능 에너지 발전을 통합한 마이크로그리드의 통합은 전체 시스템의 신뢰성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 변동성이 큰 재생 가능 에너지 자원을 갖는 마이크로그리드에서 부하 우선순위는 신뢰성 지표에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 마이크로그리드의 고립 능력은 상류 전력망 고장 상황에서 신뢰성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 재생 가능 에너지 자원의 변동성이 배전 시스템의 신뢰성 평가 결과에 얼마나 큰 영향을 미치는가?

주요 결과

• 재생 가능 에너지 발전을 통합한 마이크로그리드의 통합은 특히 고우선도 부하 조건에서 전체 시스템의 신뢰성을 크게 향상시킨다.
• 가장 높은 우선순위 부하는 가장 뚜렷한 신뢰성 지표 향상을 경험하여 우선순위 부여 전략이 핵심 상황에서 효과적임을 입증한다.
• 마이크로그리드 고립 능력은 상류 전력망 고장 상황에서 특히 긍정적인 영향을 미쳐 시스템의 신뢰성을 향상시킨다.
• 민감도 분석 결과, 마이크로그리드 고립 실패 시 신뢰성에 뚜렷한 악화가 발생함을 확인하였으며, 이는 고립 능력의 중요성을 강조한다.
• 하이브리드 시뮬레이션-분석 방법은 재생 가능 에너지 자원의 확률적 특성을 효과적으로 반영하고 정확한 신뢰성 평가를 가능하게 한다.
• 결과는 우선순위가 부여된 부하와 재생 가능 에너지 자원을 갖는 마이크로그리드가 분포 전력망 확장의 필요성을 연기하거나 제거할 수 있음을 확인한다.