Fast security constraint optimal power flow using parallel and heterogenous computing

Abstract

Optimal and secure grid operation is paramount for modern power systems. However, the ever increasing system size, number of conventional and renewable sources, not to mention system loads and power system controllers, make the satisfaction of those requirements in on-line applications not an easy task. Different approaches have been applied to meet power system security criteria and reach optimal cost during real-time operation. Nevertheless, the strategies are mostly employed in small power systems, using strong assumptions or lack of advanced and efficient software-hardware interaction. That makes some of the applications infeasible in real operation or very costly in terms of hardware implementation. As a solution for those limitations, this research will address the problem of Security Constrained Optimal Power Flow (SCOPF) using the potential of Parallel and Heterogeneous Computing (PHC). By this approach, this research is looking to expand the application of advanced computing techniques for the solution of real-time power system problems that simultaneously involves security and optimal cost. The intention is to understand the strategies and principles for computer memory management, data structures and SCOPF re-formulation to optimally satisfy security and time response for proper power system operation.

El funcionamiento óptimo y seguro de la red eléctrica es primordial para los sistemas de energía modernos. Sin embargo, el tamaño cada vez mayor de dichos sistemas, así como la cantidad de fuentes convencionales y renovables, sin mencionar las cargas del sistema y los controladores del sistema de energía, hacen que la satisfacción de esos requisitos en las aplicaciones en tiempo real no sean una tarea fácil. Se han aplicado diferentes enfoques para cumplir con los criterios de seguridad del sistema de energía y alcanzar un costo ´optimo durante la operación en tiempo real. Sin embargo, las estrategias se emplean principalmente en sistemas académicos de pequeñas dimensiones, utilizando fuertes suposiciones o falta de software-hardware avanzado y eficiente interacción. Eso hace que algunas de las aplicaciones sean inviables en operación real o muy costosas en términos de implementación de hardware. Como una solución para esas limitaciones, esta investigación abordará el problema del flujo de energía óptimo con restricciones de seguridad (SCOPF) utilizando el potencial de la computación paralela y heterogénea (PHC). Mediante este enfoque, esta investigación busca expandir la aplicación de técnicas informáticas avanzadas para la solución de problemas de sistemas de potencia en tiempo real que involucran simultáneamente seguridad y costo óptimo. La intención es comprender las estrategias y los principios para la gestión de la memoria de la computadora, las estructuras de datos y la reformulación de SCOPF para satisfacer de manera óptima la seguridad y el tiempo de respuesta para correcto funcionamiento del sistema de potencia.