Collaborative Research: AMPS: Rethinking State Estimation for Power Distribution Systems in the Quantum Era

合作研究:AMPS:重新思考量子时代配电系统的状态估计

基本信息

  • 批准号:
    2229075
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 20万
  • 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:
    2023-01-01 至 2025-12-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The accelerated transition to renewable energy and the rapid modernization of power systems with smart Internet-of-Thing (IoT) devices have presented new integration challenges and made the systems highly vulnerable to new cyberthreats. These challenges and risks underscore the urgent need for more advanced and robust state and situation awareness that are essential to the early detection and mitigation of grid incidents. This project aims to establish a novel collection of quantum architectures, algorithms, and mathematical tools for quantum era power system state estimation (SE), a critical process in supervisory control and data acquisition (SCADA) systems. By capitalizing on the recent breakthroughs and real-world applications in quantum computing and quantum networking, the project investigates how the massive power of quantum computing can provide more rapid and accurate responses to changes in the systems. Further, the project leverages quantum networking to provide data communication with high confidentiality and integrity, raising the power grid security to the next level. This project will have broad community and societal impacts through open-source software release and the education and training of the next generation of engineers, particularly those from underrepresented groups in STEM.The goal of this project is to develop a holistic quantum-inspired framework for power state estimation, addressing the cyber risks and operational challenges for decentralized grids. Towards this goal, four main research activities include 1) Quantum network architecture - designing a network and service-oriented architecture and protocols to implement the quantum key distribution and to handle the confidential communications in smart grids; 2) Quantum computing for SE - developing timely and high-efficient solutions for power state estimation, including efficient preprocessing, optimizing Ising Hamiltonian, hardware-embedding, and annealing; and 3) Distributed quantum systems for SE - proposing a robust and trust-worthy distributed system state estimation with a support of quantum networking, quantum computing, and advanced deep learning methods. 4) Assessment - deploying, testing, and conducting comprehensive performance assessment of the proposed framework based on a quantum cyber-physical testbed to support the state estimation in smart grids enabled by quantum networking and computing technologies. This project will lay the mathematical and algorithmic foundation for the application of quantum technologies in smart grids.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.
加速向可再生能源过渡以及采用智能物联网(IoT)设备的电力系统的快速现代化带来了新的集成挑战,并使系统极易受到新的网络威胁的影响。这些挑战和风险突出表明,迫切需要更先进、更强大的状态和态势感知,这对于早期发现和缓解电网事故至关重要。该项目旨在为量子时代的电力系统状态估计(SE)建立一个量子架构,算法和数学工具的新集合,这是监控和数据采集(SCADA)系统中的关键过程。通过利用量子计算和量子网络的最新突破和实际应用,该项目研究了量子计算的巨大力量如何能够对系统的变化提供更快速和准确的响应。此外,该项目利用量子网络提供具有高度机密性和完整性的数据通信,将电网安全性提高到一个新的水平。该项目将通过开源软件的发布以及对下一代工程师的教育和培训产生广泛的社区和社会影响,特别是那些来自STEM中代表性不足的群体的工程师。该项目的目标是开发一个整体的量子启发的电力状态估计框架,解决分散电网的网络风险和运营挑战。为了实现这一目标,主要研究了四个方面:1)量子网络体系结构-设计一个面向网络和服务的体系结构和协议,以实现量子密钥分配和处理智能电网中的机密通信; 2)用于SE的量子计算-开发用于功率状态估计的及时和高效的解决方案,包括高效的预处理,优化伊辛哈密顿量,硬件嵌入,退火;以及3)用于SE的分布式量子系统-在量子网络、量子计算和高级深度学习方法的支持下,提出鲁棒且值得信赖的分布式系统状态估计。4)评估-部署,测试和进行基于量子网络物理测试平台的拟议框架的全面性能评估,以支持量子网络和计算技术实现的智能电网中的状态估计。该项目将为量子技术在智能电网中的应用奠定数学和算法基础。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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  • 通讯作者:
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知道了