CyberSEES: Type 1: A New Reliability-Assuring Computational Framework for Grid Operations under High Renewable Penetration

Cyber​​SEES:类型 1:高可再生能源渗透率下电网运行的新可靠性保证计算框架

基本信息

  • 批准号:
    1442726
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 40万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2014-09-01 至 2017-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

While renewable electricity generation is considered key to a sustainable future, the variability and uncertainty of wind/solar generation at high penetration levels pose unprecedented challenges to grid reliability. In today's power systems, reliability is assessed by analyzing a set of contingency events, such as the loss of generators or transmission lines. However, these contingency-based methods are insufficient under large wind/solar ramping events, which become increasingly frequent and significant at high renewable penetration. Specifically, a large wind/solar ramping event should not be treated as a single contingency event. Rather, it must be modeled as an uncertain event-sequence that is sequentially revealed in time; yet the system operator must take immediate actions in the midst of such an event-sequence despite significant future uncertainty. Due to this critical difference, traditional contingency-based methods can no longer accurately quantify the resource requirement for reliability at high wind/solar penetration, leading to more costly dispatch of resources to offset poorly-managed uncertainty. To address this open challenge, this CyberSEES project develops a new and mathematically rigorous computational framework for procuring and dispatching constrained grid resources, which aims to provably ensure reliable and economic grid operations under high renewable penetration. The project integrates reliability analysis at both the min/hour time-scales (for balancing demand and supply) and the second/sub-second time-scales (for dynamic security assessment). Specifically, the project team develops reliability-assuring online algorithms for day-head unit commitment and real-time economic dispatch at the min/hour time-scales, which provably balance demand and supply under large and uncertain wind/solar ramping events. Further, the online algorithms are tightly integrated with computationally-efficient set-based reachability analysis for assessing dynamic system security at the second/sub-second time-scales, which provides guaranteed bounds for dynamic system states in the presence of wind/solar uncertainty. The success of this project will lead to paradigm-shifting advances in our ability to ensure power system reliability under high renewable penetration. At a broader scale, the results will contribute to the increased adoption of renewable energy sources worldwide, and will enable a smooth transition path to a sustainable future grid. The developed computational framework will also be applicable to small-footprint power systems, such as remote microgrids. Further, the results are expected to contribute to computation by advancing online algorithm design and reachability analysis, which will also be useful to other disciplines. The results of this work will be widely disseminated through conference and journal publications and actively shared with industry.
虽然可再生电力产生被认为是可持续未来的关键,但高渗透水平下的风/太阳能产生的变异性和不确定性构成了前所未有的挑战。在当今的电力系统中,可以通过分析一组应急事件(例如发电机或传输线路的损失)来评估可靠性。但是,这些基于应急的方法在大型风/太阳渐变事件下不足,在高可再生渗透率下,这些方法变得越来越频繁且显着。具体而言,大型风/太阳渐变事件不应被视为单个应急事件。相反,必须将其建模为不确定的事件序列,该事件序列在时间上依次揭示。然而,尽管未来的不确定性很大,但系统操作员必须在此类事件序列中立即采取行动。由于这种关键差异,传统的基于应急的方法不能再准确地量化了在大风/太阳能穿透下可靠性的资源要求,从而导致更高的资源派遣资源来抵消管理不善的不确定性。为了应对这一公开挑战,该网络人项目开发了一个新的,数学上严格的计算框架,用于采购和调度受限的网格资源,该框架旨在确保在可恢复可再生的渗透率下确保可靠和经济的网格操作。该项目在最小/小时的时间尺度(用于平衡需求和供应)和第二/次级时间尺度(用于动态安全评估)上都集成了可靠性分析。具体而言,项目团队在最小/小时的时间尺度上开发了可靠性的在线算法,以实现日头单位承诺和实时经济派遣,在大型且不确定的风/太阳能坡道事件下,这些算法可以平衡需求和供应。此外,在线算法与基于计算效率的设置可达性分析相结合,以评估第二/子秒时间尺度的动态系统安全性,该分析在存在风/太阳不确定性的情况下为动态系统状态提供了保证的界限。该项目的成功将导致我们在高可再生渗透率下确保电力系统可靠性的能力的范例转移。在更广泛的范围内,结果将有助于全球可再生能源的采用,并使能够平稳的过渡路径通往可持续的未来网格。开发的计算框架也将适用于远程微电网等小英尺印刷电源系统。此外,预计结果将通过推进在线算法设计和可及性分析来为计算做出贡献,这对其他学科也将很有用。这项工作的结果将通过会议和期刊出版物广泛传播,并积极与行业共享。

项目成果

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    0831999
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知道了