SBIR Phase I: A hybrid phasor/waveform simulation tool for the accurate and efficient simulation of large electric power systems with high shares of inverter-based resources

SBIR 第一阶段:一种混合相量/波形仿真工具,用于精确高效地仿真具有高份额逆变器资源的大型电力系统

基本信息

  • 批准号:
    2321329
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 27.44万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-09-01 至 2024-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this Small Business Innovation Research (SBIR) Phase I project will be to develop refined approaches to power system dynamic stability assessments, enabling the efficient, mass integration of renewable energy into systems worldwide. Decarbonization goals and economic opportunity necessitate the increase of inverter-based resources, such as solar, wind, and battery energy storage. A dynamic stability assessment is required before the interconnection of every renewable, inverter-based resource on all power systems. Current simulation approaches do not capture the critical details of inverter operation or are too computationally complex and expensive to be effective with real-world systems. This results in the enormous potential for unique simulation capabilities that streamline this process. There is a global market opportunity for more effective and efficient planning solutions that enable power system operators to meet this need. In the United States, alone, the licensing opportunity for a solution is hundreds of millions of dollars. The proposed hybrid approach combines computational flexibility with accuracy. This solution will leverage the maturity of these approaches and eliminate their weaknesses. The final solution will yield an invaluable, novel simulation tool for power system operators and planners navigating the challenges of the energy transition.The intellectual merit of this project results from the development of mathematical methods that will comprise the foundation of this hybrid power system dynamics simulation tool. Existing tools have clear weaknesses. For example, reduced-order, phasor domain simulation approaches do not capture the critical aspects of inverter operation. Detailed waveform domain approaches are sufficient to capture relevant dynamics but are too computationally expensive to be effective with real-world systems. These domains are mature, but separately they do not meet the changing need. Hybridizing them in a single platform is a solution, but it requires research in the following three foundational pillars of the proposed tool: 1) autonomous boundary determination – identifying the spatial (across the network) and temporal (across the simulation length) boundary that partitions the two simulation domains; 2) intra-simulation model order adjustment – applying dynamical model granularity for all simulations, but singularly perturbing the differential systems to create algebraic relations and reduce computational burden when substantial detail is not required; and 3) seamless simulation mode switching – identifying criteria necessary for switching between domains. With the successful completion of this SBIR Phase I project, the viability of the hybrid approach will be confirmed, and a roadmap for implementation will be realized.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
这项小型企业创新研究(SBIR)I阶段项目的更广泛的影响/商业潜力将是开发精炼的方法,以进行动力系统动态稳定性评估,从而使可再生能源能够有效地集成到全球的系统中。脱碳目标和经济机会必须增加基于逆变器的资源,例如太阳能,风能和电池能量存储。在所有电力系统上的每个可再生,基于逆变器的资源互连之前,需要进行动态稳定性评估。当前的仿真方法不会捕获逆变器操作的关键细节,或者在计算上过于复杂且昂贵,无法有效地使用现实世界系统。这导致了简化此过程的独特模拟功能的增强潜力。具有更有效和高效的计划解决方案的全球市场机会,使电力系统运营商能够满足这一需求。仅在美国,解决方案的许可机会就是数亿美元。提出的混合方法结合了计算灵活性和准确性。该解决方案将利用这些方法的成熟度并消除它们的弱点。最终解决方案将为电力系统操作员和计划人员导航能量过渡的挑战提供宝贵的新型模拟工具。该项目的智力优点是由数学方法的发展产生的,该方法将完成此混合动力系统动力学模拟工具的基础。现有工具有明显的弱点。例如,减少阶,相域模拟方法不会捕获逆变器操作的关键方面。详细的波形域方法足以捕获相关的动力学,但计算机上太昂贵,无法使用现实世界系统有效。这些领域是成熟的,但单独不满足不断变化的需求。在单个平台中将它们杂交是一种解决方案,但是它需要在提出的工具的以下三个基础支柱中进行研究:1)自主边界确定 - 识别空间(跨网络)和临时(跨模拟长度)将两个模拟域分配的临时(跨模拟长度); 2)模拟模型订单调整 - 应用动态模型粒度用于所有模拟,但是在不需要大量细节时,奇异地扰动差分系统以建立代数关系并减少计算伯宁; 3)无缝仿真模式切换 - 识别域之间切换所需的标准。随着该SBIR I期项目的成功完成,将确认混合方法的可行性,并将实现实施路线图。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是通过基金会的知识分子优点和更广泛的审查标准通过评估来获得的支持。

项目成果

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