[论文解读] Real-Time Contingency Analysis with Corrective Transmission Switching - Part I: Methodology

Xingpeng Li, Pranavamoorthy Balasubramanian+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 15, 2016

Power System Optimization and Stability参考文献 34被引用 6

一句话总结

本文提出了一种实时预想故障分析（RTCA）框架，整合了纠正性输电切换（TS），以增强电力系统安全。通过使用启发式算法和平行计算降低计算复杂度，该方法在预想故障后识别出最优切换操作，显著减少越限情况并提高动态稳定性——在第二部分中于TVA、PJM和ERCOT系统上进行了验证。

ABSTRACT

Transmission switching (TS) has gained significant attention recently. However, barriers still remain and must be overcome before the technology can be adopted by the industry. The state of the art challenges include AC feasibility and performance, computational complexity, the ability to handle large-scale real power systems, and dynamic stability. This two-part paper investigates these challenges by developing an AC TS-based real-time contingency analysis (RTCA) tool that can handle large-scale systems within a reasonable time. The tool proposes multiple corrective switching actions, after detection of a contingency with potential violations. To reduce the computational complexity, three heuristic algorithms are proposed to generate a small set of candidates for switching. Parallel computing is implemented to further speed up the solution time. Furthermore, stability analysis is performed to check for dynamic stability of proposed TS solutions. Part I of the paper presents a comprehensive literature review and the methodology. The promising results, tested on the Tennessee Valley Authority (TVA) system and actual energy management system (EMS) snapshots from Pennsylvania New Jersey Maryland (PJM) and the Electric Reliability Council of Texas (ERCOT), are presented in Part II. It is concluded that RTCA with corrective TS significantly reduces potential post-contingency violations and is ripe for industry adoption.

研究动机与目标

• 解决大规模电力系统中实时预想故障分析（RTCA）的计算复杂度与可扩展性挑战。
• 克服输电切换（TS）在工业应用中面临的技术障碍，包括交流潮流可行性、动态稳定性及性能表现。
• 开发一种实用的RTCA工具，在检测到预想故障后集成纠正性TS操作，以预防越限情况。
• 通过严格的稳定性分析，确保所提出的切换方案具备动态稳定性。
• 通过启发式候选生成与并行计算降低求解时间，实现实际的实时部署。

提出的方法

• 提出三种启发式算法，以生成数量少但高效的输电切换候选集，从而减轻计算负担。
• 实施并行计算以加速求解时间，使大规模系统具备实时可行性。
• 集成交流潮流分析，确保切换方案在交流潮流约束下的可行性。
• 应用动态稳定性评估，验证所提出的切换操作后系统的稳定性。
• 使用TVA、PJM和ERCOT的实际EMS快照，在真实系统条件下验证该方法。
• 将纠正性切换与预想故障检测相结合，主动缓解预想故障后可能出现的越限情况。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何将纠正性输电切换整合到实时预想故障分析中，以提升系统安全性？
• RQ2 哪些启发式策略能有效减少切换候选数量，同时保持解的质量？
• RQ3 并行计算在多大程度上可缩短大规模RTCA结合TS的求解时间？
• RQ4 所提出的切换操作在预想故障后对动态稳定性有何影响？
• RQ5 所提出的RTCA-TS框架是否可在真实世界电力系统模型中实现实际部署？

主要发现

• 所提出的结合纠正性TS的RTCA框架在TVA、PJM和ERCOT等测试系统中显著减少了预想故障后的越限情况。
• 启发式算法有效减少了候选切换操作的数量，实现了更快的计算速度，且未牺牲解的质量。
• 并行计算的实施显著缩短了解决方案时间，使实时部署成为可能。
• 动态稳定性分析表明，所提出的切换方案在预想故障条件下仍能保持系统稳定性。
• 该方法在真实世界系统快照上展现出良好的可扩展性与实用性，表明其在工业界具有强大的应用潜力。
• 该框架成功处理了交流潮流可行性与计算复杂度问题，解决了工业实施中的关键障碍。