Real-time weather-dependent probabilistic reliability assessment of the Icelandic power system

Abstract

Power system operation is concerned with supplying electricity to society in a reliable manner. Reliability has traditionally been managed through use of the deterministic N-1 criterion. The EU FP7 GARPUR research project proposes that Transmission System Operators (TSOs) transition to the use of a probabilistic reliability management approach and criteria. This proposal is based on the N-1 criterion’s insensitivity to: the variable probability of exogenous threats to power systems; varying spatiotemporal and socio-economic impacts of service outages; and the trade-off between preventive and corrective controls, among other aspects. This work aimed to implement the theoretical framework presented by GARPUR on the Icelandic transmission system in the context of real-time operations. This was achieved by first interpreting the GARPUR framework into an ideal implementation. The ideal implementation was then simplified, by considering present day data and tool availability, into a first-step implementation of the GARPUR framework, which was prototyped on academic test systems. This formed the basis for developing a pilot test of the GARPUR framework on the Icelandic transmission system. The pilot test was extended beyond present day tools and data, through the creation of weather-dependent failure rate models to determine the importance of weather in real-time risk assessment, and a custom-built system response model to assess the impact of various assumptions and system protection devices. The core of this work is a validation that the approach proposed by the GARPUR project can be implemented as a tractable and practically useful reliability assessment process for real-world system operation. Additionally, this work shows the influence of weather on real-time reliability through the use of weather-dependent failure rate models. As a result, recommendations are made on the practical and gradual transition from present TSO practices towards probabilistic approaches.

Rekstur raforkukerfa snýst um að tryggja áreiðanlega afhendingu á raforku til þjóðfélagsins. Hið hefðbundna N-1 viðmið hefur til þessa verið notað við að stýra áreiðanleika. Í EU FP7 rannsóknaverkefninu GARPUR, er lagt til að kerfisstjórnendur raforkukerfa byggi frekar á líkindafræðilegum aðferðum og viðmiðum til að ná fram auknum áreiðanleika. Tilmæli um notkun líkindafræðilegra aðferða eru þar sett fram vegna þess að hið hefðbundna N-1 viðmið er ónæmt fyrir breytilegum líkum á utanaðkomandi ógn við raforkukerfið; breytilegum þjóðhagslegum afleiðingum raforkuskorts; og jafnvægi fyrirbyggjandi og leiðréttandi aðgerða, meðal annars. Sú rannsókn sem lýst er í þessari ritgerð hefur haft það að markmiði að yfirfæra hina fræðilegu hugmyndafræði sem GARPUR byggir á yfir á íslenska raforkukerfið og er þá átt við rekstur kerfisins í rauntíma. Þetta var gert með því að útfæra fyrst fræðilegar hugmyndir GARPUR verkefnisins á fræðilega fullkominn hátt. Þessi útfærsla var síðan einfölduð með því að taka tillit til þess hvaða gögn og verkfæri væru aðgengileg í reynd. Þetta myndaði fyrsta skrefið í hagnýtingu GARPUR hugmyndafræðinnar þar sem þróuð var frumgerð fræðilegs prófunarkerfis. Með frumgerð fræðilegs prófunarkerfis var myndaður grundvöllur að því að sannprófa GARPUR hugmyndirnar í litlum mælikvarða á íslenska raforkukerfinu. Prófunarkerfið var svo víkkað út fyrir þau gögn og verkfæri sem til eru í dag. Til að fá betri mynd af mikilvægi veðurs í rauntíma áhættumati var veðurháð bilanalíkan þróað. Einnig var útbúið kerfislíkan til að meta áhrif ýmissa forsendna og verndaraðgerða raforkukerfisins. Kjarni þessarar rannsóknavinnu er sannprófun þess að hægt er að útfæra í reynd aðferðafræði GARPUR verkefnisins sem nothæfa og gagnlega leið til að meta og stjórna áreiðanleika raforkukerfis í rauntíma. Auk þess hefur þessi rannsókn dregið fram áhrif veðurs á áreiðanleika raforkukerfisins í rauntíma með því að nota veðurháð bilanalíkön. Þetta leiðir til þess að settar hafa verið fram ráðleggingar um hagnýta yfirfærslu frá núverandi aðferðum við mat á áreiðanleika og rekstur raforkukerfa yfir í líkindafræðilegar aðferðir.