Actor's based diakoptics for the simulation, monitoring and control of smart grids
Creators
- Montenegro Martinez, Davis
- Universite Grenoble Alpes, Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique, Automatique, Telecommunication et Traitement du Signal, Laboratoire de Genie Electrique de Grenoble - G2ELAB (France)
- Universidad de los Andes, departement du genie electrique et electronique (Colombia)
Description
Simulation of power systems is an important tool for designing, developing and assessment of new grid architectures and controls within the smart grid concept for the last decades. This tool has evolved for answering the questions proposed by academic researchers and engineers in industry applications; providing different alternatives for covering several realistic scenarios. Nowadays, due to the recent advances in computing hardware, Digital Real-Time Simulation (DRTS) is used to design power systems, to support decisions made in automated Energy Management Systems (EMS) and to reduce the Time to Market of products, among other applications. Power system simulations can be classified in the following categories: (1) Analog simulation (2) off line simulation (3) Fully digital simulation (4) Fast simulation (5) Controller Hardware-In-the-Loop (CHIL) simulation and (6) Power Hardware-In-the-Loop (PHIL) simulation. The latest 3 are focused on Real-Time Hardware-In-the-Loop (RT-HIL) simulation. These categories cover issues related to Electromagnetic Transients (EMT), phasor simulation or mixed (phasor and EMT). As mentioned above, these advances are possible due to the evolution of computing architectures (hardware and software); however, for the particular case of power flow analysis of Distribution Systems (DS) there are still challenges to be solved. The current computing architectures are composed by several cores, leaving behind the paradigm of the sequential programing and leading the digital system developers to consider concepts such as parallelism, concurrency and asynchronous events. On the other hand, the methods for solving the dynamic power flow of distribution systems consider the system as a single block; thus they only use a single core for power flow analysis, regardless of the existence of multiple cores available for improving the simulation performance. Divided into phase and sequence frame methods, these methods have in common features such as considering a single sparse matrix for describing the DS and that they can solve a single frequency simultaneously. These features make of the mentioned methods non-suitable for multithread processing. As a consequence, current computer architectures are sub-used, affecting simulator's performance when handling large scale DS, changing DS topology and including advanced models, among others real life activities. To address these challenges this thesis proposes an approach called A-Diakoptics, which combines the power of Diakoptics and the Actor model; the aim is to make any conventional power flow analysis method suitable for multithread processing. As a result, the nature and complexity of the power system can be modeled without affecting the computing time, even if several parts of the power system operate at different base frequency as in the case of DC micro-grids. Therefore, the dynamic load flow analysis of DS can be performed for covering different simulation needs such as off-line simulation, fast simulation, CHIL and PHIL. This method is an advanced strategy for simulating large-scale distribution systems in unbalanced conditions; covering the basic needs for the implementation of smart grid applications. (author)
Abstract (French)
La simulation de systemes d'energie est un outil important pour la conception, le developpement et l'evaluation de nouvelles architectures et des controles grille dans le concept de reseau intelligent pour les dernieres decennies. Cet outil a evolue pour repondre aux questions proposees par les chercheurs et les ingenieurs dans les applications de l'industrie, et pour offrant des differentes alternatives pour couvrir plusieurs scenarios realistes. Aujourd'hui, en raison des progres recents dans le materiel informatique, la Simulation numerique en temps reel (DRTS) est utilisee pour concevoir des systemes de puissance, afin de soutenir les decisions prises dans les systemes de gestion de l'energie automatises (SME) et de reduire le delai de commercialisation de produits, entre des autres applications. Les simulations de reseaux electriques peuvent etre classees dans les categories suivantes: (1) la simulation analogique (2) hors simulation de ligne (3) de simulation entierement numerique (4) la simulation rapide (5) Controleur Hardware-In-the-Loop (CHIL) et (6) Puissance Hardware-In-the-Loop (PHIL). Les derniere 3 sont axes sur la simulation Real-Time hardware-in-the-Loop (HIL RT-). Ces categories portent sur les questions liees a Transitoires electromagnetiques (liste EMT), la simulation de phaseurs ou mixte (phaseur et EMT). Comme mentionne ci-dessus, ces progres sont possibles en raison de l'evolution des architectures informatiques (materiels et logiciels); Cependant, pour le cas particulier de l'analyse des flux de puissance des reseaux de distribution (DS), il y a encore des defis a resoudre. Les architectures informatiques actuelles sont composees de plusieurs noyaux, laissant derriere lui le paradigme de la programmation sequentielle et conduisant les developpeurs de systemes numeriques pour examiner des concepts comme le parallelisme, la concurrence et les evenements asynchrones. D'autre part, les methodes pour resoudre le flux de puissance dynamique des systemes de distribution considerer le systeme comme un seul bloc; ainsi, ils utilisent une seule base pour l'analyse des flux de puissance, independamment de l'existence de plusieurs coeurs disponibles pour ameliorer les performances de la simulation. Repartis dans des procedes en phase et de la sequence, ces procedes ont en caracteristiques communes telles que l'examen d'une seule matrice creuse pour decrire les DS et qu'ils peuvent resoudre simultanement une seule frequence.Ces caracteristiques font des les methodes mentionne sont pas appropriees pour le traitement avec multiple noyaux. En consequence, les architectures informatiques actuelles sont sous-utilises, et degrade la performance des simulateurs lors de la manipulation de grandes DS echelle, changer DS topologie et y compris les modeles avances, entre autres des activites de la vie reelle. Pour relever ces defis Cette these propose une approche appelee A-Diakoptics, qui combine la puissance de Diakoptics et le modele de l'acteur; le but est de faire toute methode classique d'analyse de flux d'energie appropriee pour le traitement multithread. En consequence, la nature et la complexite du systeme d'alimentation peuvent etre modelisees sans affecter le temps de calcul, meme si plusieurs parties du systeme d'alimentation fonctionnent a une frequence de base differente comme dans le cas de micro-reseaux a courant continu. Par consequent, l'analyse des flux de charge dynamique de DS peut etre effectuee pour couvrir les besoins de simulation differents tels que la simulation hors ligne, simulation rapide, CHIL et PHIL. Cette methode est une strategie avancee pour simuler les systemes de distribution a grande echelle dans des conditions desequilibrees; couvrant les besoins de base pour la mise en oeuvre d'applications de reseaux intelligents. (auteur)
Files
Additional details
Additional titles
- Original title (English)
- Diakoptics bases sur les acteurs pour la simulation, la surveillance et la commande des reseaux intelligents
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 143 p.
- Report number
- FRNC-TH--10424
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 50001611
- Subject category
- S97: MATHEMATICAL METHODS AND COMPUTING; S24: POWER TRANSMISSION AND DISTRIBUTION;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- COMPUTER ARCHITECTURE; COMPUTERIZED SIMULATION; DETERMINISTIC ESTIMATION; DISTRIBUTED DATA PROCESSING; ELECTRICAL TRANSIENTS; GRAPH THEORY; HARMONICS; HYBRID SYSTEMS; ITERATIVE METHODS; LOAD ANALYSIS; LOAD MANAGEMENT; MATRICES; PARALLEL PROCESSING; POWER DISTRIBUTION SYSTEMS; REAL TIME SYSTEMS; SMART GRIDS
- Descriptors DEC
- CALCULATION METHODS; DATA PROCESSING; ENERGY SYSTEMS; MANAGEMENT; MATHEMATICS; OSCILLATIONS; POWER SYSTEMS; PROCESSING; PROGRAMMING; SIMULATION; TRANSIENTS; VOLTAGE DROP
Optional Information
- Notes
- 224 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses