STTR Phase I: A Fast and Efficient Power System Dynamic Simulator

STTR 第一阶段:快速高效的电力系统动态模拟器

基本信息

  • 批准号:
    1622877
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 22.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-07-01 至 2017-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this Small Business Technology Transfer (STTR) Phase I project includes a significant impact on the electric power contingency analysis conducted by industries around the globe. The proposed algorithm can be used by power system planning units, operators, utility companies, universities, and research centers and provides designers, engineers, and scientists with the opportunity of a considerable reduction in computation efforts in performing power grid dynamic simulations, especially in the grids with high penetration of renewable and small-scale generators. It allows conducting more studies in shorter time and leads to significant personnel and equipment cost reduction. In addition, the proposed algorithm is a significant step forward towards realizing a real-time power system analyzer, which can be used to alleviate the adverse effects of faults and disturbances in small and large electric power systems. Thus, the proposed algorithm potentially helps enhance modern power system reliability and resiliency by providing a fast and accurate analysis of the system under various possible contingencies. As the power grid is one of the most important and fundamental infrastructures in each society, the proposed project will directly enhance social welfare.This Small Business Technology Transfer (STTR) Phase I project will develop a software program for dynamic analysis of power grids. In electric power industries, grid simulators are vital tools to evaluate and analyze dynamic behavior of the grid. Power grids are large-scale networks that are mathematically modeled by thousands of variables and equations. Analysis of such a large number of variables and equations is very time-consuming. Integration of intermittent renewable energy resources as well as small-scale low-inertia generators to modern power grids make the network analysis even more challenging. In the proposed algorithm (to become a software program) a novel mathematical solver is proposed that significantly reduces the computations required to solve the well-known differential-algebraic equations describing power systems. The proposed algorithm contributes to the reduction of the size of the Jacobian matrix and removal of the error loop in the power grid dynamic simulations. These improvements significantly increase the speed of the proposed software program in analyzing dynamic behavior of power grids when compared to the available methods. Preliminary studies show that the proposed power grid simulator can perform at least 30 times faster than the standard Newton-Raphson algorithm when simulating large grids with significant number of generators.
该小型企业技术转让 (STTR) 第一阶段项目的更广泛影响/商业潜力包括对全球各行业进行的电力应急分析产生重大影响。该算法可供电力系统规划单位、运营商、公用事业公司、大学和研究中心使用,并为设计人员、工程师和科学家提供了在执行电网动态模拟时大幅减少计算工作量的机会,特别是在可再生能源和小型发电机普及率较高的电网中。它可以在更短的时间内进行更多的研究,并显着降低人员和设备成本。此外,所提出的算法是实现实时电力系统分析仪的重要一步,可用于减轻小型和大型电力系统中故障和扰动的不利影响。 因此,所提出的算法通过在各种可能的意外情况下提供对系统的快速而准确的分析,可能有助于增强现代电力系统的可靠性和弹性。由于电网是每个社会最重要和最基础的基础设施之一,因此拟议的项目将直接提高社会福利。该小型企业技术转让(STTR)第一阶段项目将开发用于电网动态分析的软件程序。在电力行业中,电网模拟器是评估和分析电网动态行为的重要工具。电网是由数千个变量和方程进行数学建模的大型网络。分析如此大量的变量和方程非常耗时。将间歇性可再生能源以及小型低惯量发电机整合到现代电网中使得网络分析更具挑战性。在所提出的算法(将成为软件程序)中,提出了一种新颖的数学求解器,该求解器显着减少了求解描述电力系统的众所周知的微分代数方程所需的计算量。该算法有助于减小雅可比矩阵的大小并消除电网动态仿真中的误差环。与现有方法相比,这些改进显着提高了所提出的软件程序分析电网动态行为的速度。初步研究表明,在模拟具有大量发电机的大型电网时,所提出的电网模拟器的执行速度比标准牛顿拉夫森算法至少快 30 倍。

项目成果

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