I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a n d Co m p ute r  E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   11 ,   No .   1 ,  Feb r u ar y   2021 ,   p p .   27 ~ 36   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 ,  DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 1 1 i 1 . p p 2 7 - 36          27       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Bulk  pow er sy stem  av a ila bility a ss ess m en t  w ith  m ul tiple  w ind  po w er plant s       Ang ie  C.   Cepeda ,   M a ri o   A.   Rio s   De p a rtme n t  o f   El e c tri c a l  En g in e e rin g   a n d   El e c tro n ics ,   S c h o o l  o f   En g in e e rin g ,   Un iv e rsid a d   d e   lo s   An d e s,  Co lo m b ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Feb   2 0 ,   2 0 2 0   R ev i s ed   J u n   1 4 ,   2020   A cc ep ted   J u n   2 8 ,   2 0 2 0       T h e   u se   o f   re n e wa b le  n o n - c o n v e n ti o n a l  e n e rg y   so u rc e s,  a s  w in d   e lec tri c   p o w e r  e n e rg y   a n d   p h o t o v o lt a ic  s o lar  e n e rg y ,   h a s  in tro d u c e d   u n c e rtain ti e s  in   th e   p e rf o rm a n c e   o f   b u lk   p o w e r  s y ste m s.    T h e   p o w e r  s y ste m   a v a il a b il it y   h a s  b e e n   e m p lo y e d   a s  a   u se f u l  to o l  f o r  p lan n in g   p o w e r  s y ste m s ;  h o w e v e r,   trad it io n a l  m e th o d o lo g ies   m o d e l  g e n e ra ti o n   u n it s  a s  a   c o m p o n e n t   w it h   tw o   sta tes :  in   se rv ice   o r  o u t   o f   se rv ice .   Ne v e rth e les s,  th is  m o d e l  is  n o t  u se f u l  to   m o d e l  w in d   p o w e r  p lan ts  f o r  a v a il a b il it y   a ss e ss m e n t  o f   th e   p o we r  s y ste m .   T h is  p a p e r  u se d   a   sta ti stica l  re p re se n tatio n   to   m o d e l  t h e   u n c e rtain t y   o f   p o w e r   in jec ti o n   o f   w in d   p o w e r  p lan ts  b a se d   o n   th e   c e n tral  m o m e n ts:  m e a n   v a lu e ,   v a rian c e ,   s k e w n e s s  a n d   k u rto sis.  In   a d d it io n ,   th is  p a p e r  p ro p o se d   a n   a v a il a b il it y   a ss e ss m e n t  m e th o d o l o g y   b a se d   o n   a p p li c a ti o n   o f   th is   sta ti stica l   m o d e l,   a n d   b a se d   o n   t h e   2 m + 1   p o i n t  e stim a te  m e th o d   t h e   a v a il a b il it y   a ss e ss m e n t  is  p e rf o rm e d .   T h e   m e th o d o lo g y   w a s  tes ted   o n   th e   IEE E - RT S   a ss u m in g   th e   c o n n e c ti o n   o f   tw o   w in d   p o w e r  p lan ts  a n d   d iff e r e n t  c o rre latio n   a m o n g   th e   b e h a v io r   o f   th e se   p lan t s.   K ey w o r d s :   Av ailab ilit y   as s es s m e n t   R eliab ilit y   o f   p o w er   s y s te m s   W in d   p o w er   p lan ts   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ma r io   A lb er to   R io s ,   Dep ar t m en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g   an d   E lectr o n ic s ,   Sch o o l o f   E n g i n ee r in g ,   Un iv er s id ad   d e  lo s   A n d es,   C ar r er a  1   No .   1 8   A   –   1 2 ,   B o g o ta,   C o lo m b ia.   E m ail:  m r io s @ u n ia n d es.e d u . c o       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e  u s e  o f   r en e w ab le  en er g y   in   b u l k   p o w er   s y s te m s ,   s u c h   as  w i n d   p o w er   p lan t s ,   h av e  b e en   g ai n i n g   s tr en g th   a s   it  b r in g s   ad v a n ta g es  o v er   tr ad itio n al  s o u r ce s .   Un li k e  th e  latter ,   r en e w ab le  en er g ie s ,   ar e  clea n   en er g y   s o u r ce s   w h ic h   ar e  in ex h a u s tib le,   ab u n d an t  a n d   th e y   d o   n o t  p r o d u ce   g r ee n h o u s e   g ases   o r   p o llu tin g   e m is s io n s .   Ho w ev er ,   as t h ese  s o u r ce s   d ep en d en t o n   th e  cli m atic  co n d itio n s   o f   th e  r e g io n ,   t h e  p o w er   g e n er ated   w il l  h av e  a   r an d o m l y   b eh a v io r .   T h er ef o r e,   th is   b eh a v io r   in t r o d u ce s   u n ce r tain ties   i n   th e  p er f o r m an ce   o f   b u lk   p o w er   s y s te m s   [ 1 ,   2 ] .    I n   ad d itio n ,   th e  p o w er   s y s te m   av a ilab ilit y   h a s   b ee n   e m p l o y ed   as  a  u s e f u l  to o l  f o r   p lan n in g   p o w er   s y s te m s   [ 3 ] .   H o w ev er ,   tr ad iti o n al  m et h o d o lo g ies  m o d el  g e n er atio n   u n i ts   as  a  co m p o n e n t   w it h   t w o   s tate s :  i n   s er v ice  o r   o u t  o f   s er v ice.   Ne v er th ele s s ,   t h is   m o d el  is   n o t  u s e f u l  to   m o d el  w i n d   p o w er   p lan ts   ( W P P)  f o r   av ailab ilit y   a s s e s s m en t  o f   t h e   p o w er   s y s te m   [ 4 ] ,   b ec au s e  o f   a   W P P   is   co m p o s ed   o f   m u l tip le  w i n d   tu r b i n es   co n n ec ted   b y   a  m ed i u m   v o l tag e  n et w o r k s   to   a  co m m o n   co n n ec tio n   p o in t  ( C C P )   to   th e  h ig h   v o lta g e   tr an s m is s io n   s y s te m   [ 5 ,   6 ] ,   an d   th e  w i n d   is   a  r an d o m   v ar iab le  th at  m a k es  t h e  p o w er   in j ec t io n   o f   ea ch   tu r b i n e  b e  a  r an d o m   v ar iab le  also .   As  co n s eq u e n ce ,   th e  to tal  a v ailab le  in j ec tio n   p o w er   f r o m   a  W P P   ca n   b e   r ep r esen ted   b y   a  m u lti - s tate  m o d el  w h er e  f o r   ea c h   p o w er   i n j ec tio n   ca n   b e  as s i g n ed   a   p r o b ab ilit y   [ 4 ,   7 ] ;  o r   b y   th e  s tat is tical  c h ar ac ter is tic s   g i v en   b y   t h e  ce n tr al  m o m e n ts :  m ea n   v al u e,   v ar ia n ce ,   s k e w n e s s   an d   k u r to s i s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   1 ,   Feb r u ar y   2 0 2 1   :   27   -   36   28   Oth er   au t h o r s   p r o p o s e  tim e - v ar y in g   m o d els  o f   th e  b eh a v io r   o f   W PP ,   in   o r d er   to   ev alu ate   r eliab ilit y   in   o p er atio n al  p h as e  [ 8 ] .   T h u s ,   [ 8 ]   p r o p o s es  an   a u to r r eg r esi v e  m o v i n g   a v er ag e  m o d el  ( AR M A ) ,   w h ich   is   n o t   u s e f u l  f o r   p lan n i n g   p u r p o s es.  So m e  au t h o r s ,   b y   m ea n s   o f   Mo n te  C ar lo   s i m u lat io n ,   r ep r esen t  t h e  u n ce r tain t y   o f   a  W PP   o n l y   ass o ciate d   to   t h e  w in d   s p ee d   w it h o u t  co n s id er in g   t h e  MV   n et w o r k   a n d   ass u m e  n o t  co r r elatio n   b et w ee n   s e v er al  W P P s   [ 9 ,   1 0 ] .   Oth er   au t h o r s   p r o p o s e  W P P p r o b ab ilis tic  m o d el  f o r   s ec u r it y   ass es s m e n t   [ 1 1 ] .   On   t h e  o th er   h a n d ,   it  is   i m p o r t an t  to   h a v e  in   m i n d   th at  w i th i n   th e  s a m e  p o w er   s y s te m   m o r e  th an   o n e   W PP   ca n   b e  h e ld   w h ich   co u l d   b e  co r r elate d   w it h in   a  g eo g r ap h ical  ar ea   as   th e y   ar e   in f l u en ce d   b y   th e   s a m e   p h y s ical  p h en o m e n a   [ 1 2 ] .   T h er ef o r e,   th e  av ailab ilit y   a s s e s s m en t  o f   a  p o w er   s y s te m   m o s t  co n s id er   co r r elate d   w i n d   p o w er   p lan ts   i n   th e  an al y s i s .     Fu r th er m o r e,   th is   as s es s m e n t  is   o f   g r ea t  i m p o r tan ce   as  it  s ee k s   to   m ee t     th e  n ee d s   o f   u s er s   as t h e  co n ti n u o u s   s u p p l y   o f   e n er g y   i n   a  s e cu r e,   r eliab le  w a y   a n d   at  t h e  l o w est   p o s s ib le  co s t.   Fo r   th is   r ea s o n ,   a  r eliab ilit y   an al y s i s   is   p er f o r m ed   i n   o r d er   to   d eter m i n e  h o w   w e ll  th e  ex p ec ted   f u n ctio n s   o f   th e  s y s te m   ar e  b ei n g   p er f o r m ed ,   lead in g   to   an   i m p r o v e m en t  i n   th e   lev el   o f   ac ce p ta b ilit y   o f   th e  s y s te m .     So m e  au t h o r s   m o d el  co r r elatio n   b et w ee n   w i n d s   g e n er ato r s   b y   a  co p u la  f u n ctio n   to   s p ec if y   m u lti - va r iate   cu m u lat iv e  d is tr ib u tio n   f u n cti o n s   to   b e  u s ed   in   a  Mo n te  C ar lo   s i m u latio n   [ 1 3 ]   f o r   th e  ad e q u ac y   ass e s s m e n t  at   g en er atio n   lev e l.    Fo r   th e  ass e s s m e n t  o f   a v aila b ilit y   o f   b u l k   s y s te m s ,   a  m o d el  o f   t w o   s tates  is   u s ed   to   r ep r esen t    th e  u n ce r tai n t y   o f   ea ch   s y n ch r o n o u s   g e n er atio n   u n it,  tak in g   th e  s tate s   o f   i n - s er v ice  o r   o u t - of - s er v ic e  [ 3 ,   1 2 ] .  Nev er th e less ,   w i n d   p o w er   p la n ts   ( W P P )   ca n n o t  b e  m o d elled   in   t w o   s tate s   as  s h o w n   in   [ 1 2 ] ,   as  th e y   d ep en d   d ir ec tl y   o n   t h e  u n ce r ta in t y   o f   t h e  w i n d   s p ee d ,   th e   o p er atio n   o f   t h e  co m p o n en t s   o f   t h e   n et w o r k   a n d     th e  to p o lo g y   o f   th e   p ar k   [ 7 ] .   F o r   th at  r ea s o n ,   d if f er en t   m eth o d o lo g ies h a v e  b ee n   i m p le m en t ed .   I n   [ 1 2 ] ,   a  p o in t  esti m ate  m et h o d   ( P E M)   w i th   2 m   lo ca tio n s   is   p r o p o s ed   to   s im u late  u n ce r tai n tie s   i n   lo ad   a n d /o r   g en er atio n   f o r   s o lv i n g   t h e  p o w er   f lo w .   I n   a d d itio n ,   as  [ 1 4 ]   s h o w n ,   th e   c o r r elatio n   b et w ee n   t w o   W P P  h a s   a n   i m p ac t  o n     th e  r esu lt in g   r eliab ilit y   i n d ice s   b y   u s i n g   Mo n te  C ar lo ’ s   s i m u latio n .   Ho w ev er ,   [ 1 5 ]   ca r r ies  o u t  a  s tu d y   t h at   co n clu d es   th a t  u s i n g   a  p o in t - e s ti m ate  m et h o d   h as   h ig h er   co m p u tat io n al  e f f icie n c y   co m p a r ed   to   Mo n te  C ar lo   to   s o lv e   p r o b ab ilis tic  lo ad   f lo w   tak in g   i n to   ac co u n t   w i n d   e n er g y   s o u r ce s .   A lt h o u g h   m an y   P E M  s ch e m es  h a v e   b ee n   s u g g es ted ,   a m o n g   t h e m   th e  2 m +1   m et h o d   p r o p o s ed   b y   Ho n g   [ 1 6 ]   allo w s   a  h ig h   p er f o r m a n ce   w h e n   th er e  ar e  a  lar g e  n u m b er   o f   i n p u t  v ar iab le s .   P E M  h as  b ee n   u s ed ,   r ec en tl y ,   to   in clu d e  win d   u n ce r tai n tie s   in   lo ad   f lo w   w it h   F AC T S d ev ice s   [ 1 7 ] ,   an d   an aly s is   o f   co n g est io n   f o r   in ter co n n ec tio n   o f   W P P   [ 1 8 ] .   T h is   p ap er   p r o p o s es  th e  ap p licatio n   o f   t h e  m et h o d   2 m +1   p o in t - e s ti m ate  m et h o d   ( P E M)   f o r     th e  a v ailab ili t y   as s ess m e n t  o f   a  b u l k   p o w er   s y s te m   co n s id er in g   m   W P P s ,   w h er e  ea c h   W PP   is   a  r a n d o m   v ar iab le.   A s   t h e  m   W P P   h av e  a  co r r elate d   b eh av io r ,   a  s et  o n   in d ep en d en t  r an d o m   v ar iab l es  m u s t  b e  d ef in ed   b y   a  lin ea r   m o d el  th at  co r r el ates  th e  W P P .   Usi n g   t h ese  m   i n d ep en d en t  v ar iab les,  t h e   m et h o d   co n s id er s   2   co n ce n tr atio n   p o in ts   f o r   ea c h   r an d o m   v ar iab le  ( m   v ar i ab les)  ar o u n d   th e  a v er ag e   v alu e   ( +1 ,   an o th er   co n ce n tr atio n   p o in t) ;  t h at   is   t h e  r ea s o n   o f   th e  n a m e  o f   t h e   m et h o d   [ 1 6 ] .   I n   co n s eq u e n c e,   in   t h e  p r o p o s ed   m et h o d o lo g y ,   t h e  P E M  m et h o d   d ev elo p s   2 m +1   a v ailab il it y   ass es s m en t s   o f   t h e  b u l k   p o w e r   s y s te m ,   w h er e  f o r   ea ch   ev a lu at io n   a  s e t  o f   p o w er   i n j ec tio n   o f   co r r elate d   W PP   is   co m p u ted .   I n   co n s e q u en ce ,   t h e  m eth o d   ca lcu late s   t h e  p o w er   g en er ate d   f r o m   th e   W P P   o f   th e   s y s te m   f o r   ea c h   2 m +1   co n d itio n s   o r   co n ce n tr atio n   p o in t s   an d   th e  w e ig h ti n g   f ac to r   f o r   co m p u ti n g   t h e  w eig h ted   av er ag e  o f   th e  av ailab il it y   i n d ice s .   I n   ad d it io n ,   ea ch   W PP   is   m o d eled   th r o u g h   t h e   f o u r   ce n tr al  m o m en ts   t h at  m o d els  th e  p r o b ab ilit y   d i s tr ib u t io n   f u n ctio n   o f   th e   in j ec ted   p o w er   b y   a  W PP   in to   th e  p o w er   s y s te m   an d   th e  m   n u m b er   o f   W P P   p ar k s   i n   t h e   e l e c t r i c a l   s y s t e m .   T h e s e   c e n t r a l   m o m e n t s   c a n   b e   a l s o   c o m p u t e d   f r o m   s t a t i s t i c a l   d a t a   o b t a i n e d   f r o m   W P P S .   T h e  in d ep en d en t  ( s ec tio n   2 . 1 . )   an d   co r r elate d   W PP s   ce n tr al  m o m e n ts   ( s ec tio n   2 . 2 )   ar e  p r esen ted ,   tak i n g   i n to   ac co u n t   [ 7 ] .   I n   s ec tio n   2 . 3 . ,   th e   m e th o d   f o r   av ai l ab ilit y   a s s e s s m e n t  u s i n g   P E M   is   s h o w n .   T h e n ,   i n   s ec t io n   3 ,   th e  p r o p o s ed   P E M - b ased   av ailab ili t y   a s s es s m en t  m et h o d o lo g y   is   te s ted   o n   t h e  I E E E   R eliab ilit y   T est  S y s te m   R T S - 24   [ 1 9 ] .   T h r ee   s ce n ar io s   w er e  i m p le m en ted   to   e v al u ate  t h e  i m p ac t  o f   th e   W P P s   in     th e  s y s te m ;  tak in g   a  d i f f er en t   v al u e  o f   co r r elatio n   b et w ee n   th e  i n j ec ted   p o w er   b y   t h e  W P P s .   A s   av a ilab ilit y   in d ices,  t h e  e x p ec ted   en er g y   n o n - s er v ed   ( E E NS)   an d   t h e  lo s s   o f   lo ad   p r o b ab ilit y   ( L O L P )   ar e  u s ed .     Fin all y ,   s ec t io n   4   p r esen ts   t h e  co n clu s io n s   o f   th is   p ap er   an d   f u r th er   w o r k .       2.   RE S E ARCH   M E T H O D   2 . 1 .     P o w er   inje ct io n uncer t a inty   in a   s ing le  w ind   po w er   p la nt  –   s t a t is t ica l m o de l   Fig u r e  1   s h o w s   an   e x a m p le  o f   n et w o r k   co n f i g u r atio n   o f   a   W PP   co n n ec ted   to   a  p o in t  o f   co m m o n   co u p lin g   ( P C C ) .   T y p icall y ,   a  W PP   h as  a   n u m b er   o f   m ed i u m   v o ltag e   ( MV )   cir c u its   w h er e  th e   w i n d   t u r b i n es   ar e  co n n ec ted   th r o u g h   a  tr an s f o r m er   [ 2 0 ] .   A ll  th e s e  n et w o r k s   co m p o n e n t s   ca n   b e  o u t  o f   s er v ice  b y   f ails   o r   m ai n ten a n ce ,   a m o n g   o th er s .   I n   ad d itio n ,   it is   w ell  k n o w n   t h at  th e  W in d   s p ee d   h as a   r a n d o m   b eh a v io r ,   u s u all y ,   m o d eled   b y   a  W eib u ll p r o b ab ilit y   f u n ctio n   [ 2 1 ] ,   g iv en   b y :     ( ) = ( ) ( ) − 1 − ( )   ( 1 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       B u lk  p o w er sys tem  a va ila b ilit y  a s s ess men t  w ith …   ( A n g ie  C .   C ep ed a )   29   W in d   s p ee d   ( )   is   an   in p u t  v alu e  th at  allo w s   t h e  co m p u ta tio n   o f   th e  p o w er   g en er atio n   o f   ea ch   in d iv id u al  w i n d   tu r b in e.   Ho w e v er ,   th e  w i n d   s p ee d   is   d if f er en t  f o r   ea ch   w in d   t u r b in e.   I n   ( 1 ) ,   b   an d   a   ar e     th e  s h ap e  an d   s ca le  p ar a m eter s   o f   t h e  W eib u ll d is tr ib u tio n .   As  [ 7 ]   s h o w n ,   a  Mo n te  C ar lo   s i m u lat io n   t h at  ta k es   in to   ac co u n t   th e   r an d o m   s tate  o f   o p er atio n   o f   t h e  n et w o r k   co m p o n en ts   ( in - s er v ice  o r   o u t - of - s er v ice) ,   t h e  s tate   o f   o p er atio n   o f   th e  t u r b in e  ( i n   o r   o u t  o f   s er v ice) ,   an d   th e   r an d o m   ch ar ac ter is t ics  o f   t h e  w i n d   s p ee d   an d     th e  w i n d   d ir ec tio n   [ 2 2 ] ; su c h   a s ,   th e  p o w er   i n j ec ted   at  th e  P C C   ca n   b e  co m p u ted   f o r   a  n u m b er   o f   p r o b a b ilis tic  r ea lizatio n s .   W it h   t h ese  s i m u l atio n s   a  p r o b ab ilis tic  d is tr ib u t io n   f u n ctio n   ( p d f )   ca n   b e  ad j u s ted ,   o r   a  d is cr ete  p d f   ca n   b e  co m p u ted ; f o llo w i n g   th e s e  s tep s :     Gen er ate  th e  r a n d o m   v ar iab les   f o r   w i n d   d ir ec tio n   an d   w i n d   s p ee d .     R an d o m l y ,   d eter m i n e  t h e  o p er atin g   s tat u s   o f   ea ch   t u r b in e  ( in   o r   o u t - of - s er v ice) .     C alcu late  th e  p o w er   g e n er atio n   o f   ea ch   w i n d   t u r b in e.       Gen er ate  r an d o m   v ar iab les  f o r   ea ch   cir cu i t  co m p o n e n t  a n d   d eter m i n e  it s   o p er atin g   s tat e  ( in   o r   o u t - of - s er v ice) .     C alcu late  p o w er   g e n er ated   f o r   ea ch   cir cu it a n d   b y   th e  w i n d   p ar k   b y   lo ad   f lo w .     C alcu late  th e  2   ce n tr al  m o m en ts   m ea n   an d   v ar ian ce   o f   t h e  to t al  in j ec ted   p o w er   at  th e  P C C .     I f   th e  co n v er g en ce   cr iter io n   o f   th e  Mo n te  C ar lo   s i m u latio n   is   s a tis f ied   co n ti n u e  to   8 .   Oth er w i s e  r ep ea t  s tep s   1 -   6.     Ob tain   th e  h i s to g r a m s   o f   t h e  d en s it y   a n d   d is tr ib u tio n   f u n ct io n s   o f   t h e  p o w er   g en er atio n   o f   t h e  w i n d   f ar m       P er f o r m   s tatis t ical  an al y s is   C o n s id er in g   t h e  p r ev io u s   s tep s ,   in   [ 7 ]   th e  s i m u latio n   w as c a r r ied   o u t f o r   a  W PP   o f   2 0 0   M W ,   8 0   w i n d   tu r b in es  ar r an g ed   in   1 0   MV   cir cu its   co n n ec ted   li k e  F i g u r e  1   s h o w s ,   an d   co n v er g ed   af ter   1 5 6 9   r ea lizatio n s .     As  a  r esu l t,  th e  p o w er   ch ar ac ter is tics   o f   th e  p o w er   in j ec tio n   W P P   m o d el  w er e  o b tain ed .   Alter n ati v el y ,     in   o p er atin g   W P P ,   a  h is to r ic  d ata  ca n   b e  e m p lo y ed   in   o r d er   to   co u n t   w it h   a  r ep r ese n tati v e  s a m p le  th a t   allo w s   th e  s tat is tical  m o d elli n g   o f   t h e   in j ec ted   p o w er   o f   t h e  W P P .           Fig u r e  1 .  E x a m p le  o f   a  W P P   n et w o r k       So ,   f r o m   s tati s tical  d ata  o r   f r o m   a  Mo n te  C ar lo   s i m u latio n ;  a  s tati s tical  m o d el  o f   th e   in j ec ted   p o w er   (P i )   b y   th e  W P P   is   f i x ed   co m p u ti n g   it s   f o u r   ce n tr al  m o m en ts   w h ic h   ar e:  m ea n   o r   av er ag e  i n j ec ted   p o w er   ( ) ,   its   s tan d ar d   d ev iatio n   ( ) ,   an d   it s   s k e w n ess   ( , 3 )   an d   k u r to s is   ( , 4 ) .   T h e s e  f o u r   s tat is tic s   ar e  u s ed   b y   th e  P E M  m eth o d o lo g y   ( a s   s ec t io n   2 . 3   ex p lain s ) ,   an d   ar e  d ef i n ed   as f o llo w :     = ∑ = 1 = ̅     ( 2 )     = √ ∑ ( − ̅ ) 2 = 1 − 1     ( 3 )     , 3 = 3 2 3 / 2     ( 4 )     , 4 = 4 2 2     ( 5 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   1 ,   Feb r u ar y   2 0 2 1   :   27   -   36   30   w h er e,   N  is   t h e  n u m b er   o f   d at a  s a m p les,  a n d     2 = ∑ ( − ̅ ) 2 = 1     ( 6 )     3 = ∑ ( − ̅ ) 3 = 1     ( 7 )     4 = ∑ ( − ̅ ) 4 = 1     ( 8 )     2 . 2 .     Co rr el a t ed  w ind   po w er   pla nts uncer t a inties  m o del   Fro m   s ec tio n   2 . 1 ,   ea ch   W P P   is   r ep r esen ted   b y   a  s tatis tical  m o d el  o f   f o u r   s tatis t ics  co m p u ted   f r o m   th e  in j ec ted   p o w er   at  th e  P C C :  m ea n   o r   av er ag e  in j ec ted   p o w er   ( ) ,   its   s tan d ar d   d ev ia tio n   ( ) ,   s k e w n e s s   ( , 3 ) ,   an d   k u r to s is   ( , 4 ) .   Nev er th eles s ,   if   a  p o w er   s y s te m   h as  m   W P P ,   th e  w in d   b eh a v io r   o f   th ese   W W P   ca n   b e  co r r elate d   ta k in g   in to   ac co u n t   w ea t h er   s ea s o n s ,   W W P s   lo ca tio n s ,   a m o n g   o th er   f ac to r s   [ 2 3 ] .    So ,   th e  s tati s tical  b e h av io r   o f   a  s et  o f   W W P s   is   g i v en   n o t   o n l y   f o r   th e ir   i n d iv id u al  s tatis t ic s   ( , , , 3 ,  , 4 )  b u t  also   b y   t h e  co v ar ian ce   b etw ee n   t h e  in j ec ted   p o w er   o f   t h ese  W W P .   So   th ese   co v ar ian c e  o f   i n j ec ted   p o w er   b y   t h e  W P P s   ( [ ] )   is   g iv e n   b y :     [ ] = [         1 2 1 2 ⋯ 1  1 2 ⋮  p1 2 2 ⋮  p2 ⋯ 2  ⋱ ⋯ ⋮  2 ]             ( 9 )     w h er e     is   th e  s tan d ar d   d ev iatio n   o f   th e  in j ec ted   p o w er   b y   th e  i - th   W W P  o b tain ed   in   s ec tio n   2 . 1 ;   an d   i j   is   th e  co v ar ia n ce   b et w ee n   t h e  p o w er   in j ec tio n s   o f   i - t h   W W P a n d   th e  j - th   p ar k ;  w h ic h   is   g i v en   b y :     =   ×  ×        ( 1 0 )     w h e r e   i j   i s   t h e   c o r r e l a t i o n   f a c t o r   b e t w e e n   t h e   p o w e r   i n j e c t i o n s   o f   i - t h   W W P   a n d   t h e   j - t h   p a r k   [ 1 5 ] .   T h is   co r r elate d   m o d el   is   u s e f u l  to   tak e   i n to   ac co u n t  th i s   s ta tis tical   ch ar ac ter is tic   t h at   ce n   b e  p r esen t  in   a  s et  o f   W W P s .   Ho w e v er ,   t h ese  m o d el  m u s t  b e  tr an s f o r m ed   in   a  d ec o u p led   ( n o n - co r r elate d )   s et  o f   r an d o m   v ar iab les  t h at  al lo w s   p r o b ab ilis tic  tr ea t m e n t  b y   th e   P o in t  E s t i m ate  Me th o d   ( p r o p o s ed   in   th e  n e x t  s ec tio n   2 . 3 )   an d   f o r   Mo n te  C ar lo   s i m u lati o n ,   also .   T h u s ,   tr an s f o r m atio n   o f   co r r elate d   v ar iab les  = [ 1 … ]   in to     a  s et  o f   n o n - co r r elate d   v ar iab l es  = [ 1 … ]   is   o b tain ed   b y   th e  f o llo w i n g   lin ea r   tr a n s f o r m a tio n :     [ ] = [ ] −   [ ]     ( 1 1 )     Su c h   as t h e  co v ar ian ce   o f   th e  n o n - co r r elate d   v ar iab les  x   ([ ] )   b e  g iv e n   b y   [ 1 5 ] :     [ ] = [ ] −   [ ]   [ [ ] − ] =   [ ]     ( 1 2 )     w h er e  [ ]   is   co m p u ted   f r o m   t h e  C h o le s k y   d ec o m p o s itio n   o f   th e  co v ar ian ce   m atr i x   [ ] ,   s u ch   a s   [ 3 ,   1 5 ] :     [ ] = [ ]   [ ]     ( 1 3 )     No w ,   f o r   th e  ap p licatio n   o f   P E M  ( s ee   s ec tio n   2 . 3 )   is   n ec ess ar y   to   co m p u te  th e  f o u r   ce n tr a l  m o m e n ts   o f   ea ch   v ar iab le  x .     T h u s ,   f r o m   th e  i n itia l  v ar iab les  p ,   t h e  s tatis tical  ce n tr al  m o m e n ts   f o r   th e  n e w   v ar iab les  x   ar e  ca lcu lated   as   [ 1 5 ] :     [ ] = [ − ]   [ ]     ( 1 4 )      , 3 = ∑ (  − 1 ) 3 , 3 3 = 1     ( 1 5 )      , 4 = ∑ (  − 1 ) 4 , 4 4 = 1     ( 1 6 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       B u lk  p o w er sys tem  a va ila b ilit y  a s s ess men t  w ith …   ( A n g ie  C .   C ep ed a )   31   w h er e  [ ] = [  …  ]   is   th e  v ec to r   o f   th e  av er ag e  v al u es  o f   t h e  m   v ar iab l es  x .   , 3   an d    , 4   ar e   th e  s k e w n es s   a n d   th e  k u r to s is   o f   th e   l - th   v ar iab le  x .   I n   ad d i tio n ,   as  [ ] = [ ] ,   th e  v al u e   o f   t h e  v ar i an ce   o f   ea ch     is   1 ; th e n    = 1 .     2 . 3 .     Av a ila bil it y   a s s ess m ent   us ing   po int  esti m a t e  m et ho d   Mo n te  C ar lo   s i m u latio n   an d   s tate  en u m er atio n   h av e  b ee n   th e  tr ad itio n al  m e th o d o lo g i es  u s ed   to   ass es s   th e  a v ailab ilit y   o f   b u lk   p o w er   s y s te m s   [ 3 ,   2 4 - 2 7 ] .   So m e  co m m er cial  s o f t w ar e  h av e  r eliab ilit y   ass es s m en t   to o ls   b ased   o n   t h ese   tech n iq u e s .   T h ese   s o f t w ar e,   tr ad itio n all y ,   u s es   f o r   th e   as s ess m e n t  o f   av ailab ilit y /r eliab ilit y   o f   b u lk   s y s te m s   a  m o d el  o f   t w o   s tates   to   r ep r esen t  th e  u n ce r tai n t y   o f   ea ch   s y n c h r o n o u s   g en er atio n   u n it,  ta k i n g   t h e  s ta tes  o f   i n - s er v ice  o r   o u t - of - s er v ice  [ 3 ] .   Nev er th ele s s ,   as  it  h a s   s h o w n   i n   s ec tio n s   2 . 1   an d   2 . 2 ,   w in d   p o w er   p lan ts   ( W P P )   ca n n o t  b e  m o d elled   in   t w o   s tate s ,   as  t h e y   d ep en d   d ir ec tly   o n     th e  u n ce r tai n t y   o f   th e  w in d   s p ee d ,   th e  o p er atio n   o f   t h e  c o m p o n en t s   o f   th e  n et w o r k   a n d   th e  to p o lo g y   o f     th e  p ar k   [ 7 ] ,   an d   th e  co r r elatio n   b et w ee n   t h e  d if f er en t W P P s   co n n ec ted   to   th e   p o w er   s y s te m .   T h e  p r o p o s al  o f   th is   p ap er   is   t o   ap p ly   th e  co n ce p ts   o f   th e  P o in t  E s ti m ate  Me th o d   ( P E M)   in   o r d er   t o   tak e  in to   ac co u n t  u n ce r tai n tie s   m o d el  o f   W P P  an d   co r r elate d   b eh av io r   o f   a  s et  o f   W PP .   A lth o u g h   m an y   P E M   s ch e m es  h a v e  b ee n   s u g g e s te d   [ 1 2 - 16]   an d   h av e  b ee n   u s ed   to   s o lv e  th e  p r o b le m   o f   p r o b a b ilis tic  p o w er     f lo w   [ 1 5 ,   2 6 ] ,   th is   p ap er   p r o p o s es  th e  u s e   o f   t h e  2 m +1   P E M  p r o p o s ed   b y   Ho n g   i n   [ 1 6 ] .   T h e  p u r p o s e  is   to   co m p u te  t h e  co m m o n   r eliab i lit y   ( a v ailab ilit y )   i n d ices:  L o s s   o f   L o ad   P r o b ab ilit y   ( L O L P )   an d   E x p ec ted   E n er g y   No t Su p p lied   ( E E NS)   as a r e  d ef in ed   at   [ 2 6 ,   2 7 ] ,   u s in g   th e  s tate  en u m er atio n   m et h o d .   T h e  P E M - b ased   ad eq u ac y   a s s ess m en t   h er e  p r o p o s ed   s tar ts   c o m p u ti n g   th e  s et  o f   2 m +1   co n ce n tr atio n   p o in ts   n a m ed   ( [ ] , , , ) ,   w h er e  [ ] ,   is   t h e  i n j ec ted   p o w er   o f   th e   m   W P P s   in   t h e  p o w er   s y s te m   f o r   t h e  k - t h   co n ce n tr atio n   ( k =1 ,   2 ,   an d   3 )   ass o ciate d   to   th e  l - th   r an d o m   v ar iab le  ( l =1 ,   2 ,   …,   m ) ;  an d   ,   i s   th e  w e ig h ti n g   f ac to r   co m p u ted   f o r   th is   co n ce n tr atio n   p o in t.    As,  th e  W P P s   ar e  co r r elate d ,   a s   a  g en er al  a s s u m p tio n ,   th e  [ ] ,   is   co m p u ted   f r o m   ( 1 1 )   as:     [ ] , = [ ]   [ ] ,     ( 1 7 )     I t  m ea n s ,   t h at  p r ev io u s l y   it  m u s t  b e  co m p u ted   th e  co n ce n tr atio n   p o in t s   an d   th e  w ei g h tin g   f ac to r s   u s i n g   th e  d ec o u p led   v ar iab les,   w h ic h   ar e  s tatis t icall y   i n d ep en d en t.  T h u s ,   th e  v ec to r   [ ] ,   is   g i v en   b y :     [ ] , =   [ 1 , ⋯ , , , ⋯ ,    ]     ( 1 8 )     w h er e   1   m ea n s   t h at  all  r a n d o m   v ar iab le  x i  d i f f er e n t  to   th e  l - t h   r an d o m   v ar iab le  tak e s   th e  f ir s t  ce n tr al   m o m e n t;   i.e .   t h e  m ea n   v al u e  o f   x i.  Fo r   ea c h   l - t h   r a n d o m   v ar iab le  ar e  3   co n ce n tr atio n   p o in ts ;  i.e .   k  =1 ,   2 ,   3 .   T h e  l - th   r an d o m   v ar iab le  tak e s   th e  v al u e      , =  + ,      ( 1 9 )     w h er e  ,   is   th e  s ta n d ar d   lo ca tio n ,   an d    ,  ,   , 3 ,  , 4   th e  ce n tr al  m o m e n t s   o f   th e  in p u t  r an d o m   v ar iab l e   x l .   T h u s ,     , =  , 3 2 + ( − 1 ) 3 −   √  , 4 − 3 4  , 3 2         for   = 1 , 2     ( 2 0 )     , 3 = 0            = 3     ( 2 1 )     w h er e  th e  s k e w n e s s   (  , 3 )   an d   th e  k u r to s i s   (  , 4 )   o f   x l   ar e  co m p u ted   f r o m   ( 1 5 )   an d   ( 1 6 ) .   No te  th at  f o r     all  l - t h   r an d o m   v ar iab le  [ ] , 3   is   a  co m m o n   v ec to r   g i v e n   b y :     [ ] , 3 =   [ 1 , ⋯ ,  , ⋯ ,    ]     ( 2 2 )     On   t h e  o th er   h a n d ,   th e  w ei g h ti n g   f ac to r   ,   is   co m p u ted   as:     , = ( − 1 ) 3 − , ( , 1 − , 2 )         for   = 1 , 2     ( 2 3 )     , 3 = 1 − 1 (  , 4 −  , 3 2 )              = 3       ( 2 4 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   1 ,   Feb r u ar y   2 0 2 1   :   27   -   36   32   On ce   t h e  co n ce n tr atio n   p o i n t s   [ ] ,   is   o b tain ed   f r o m   ( 1 7 ) ,   an   av ailab ilit y   as s es s m en t  o f   t h e   b u lk   p o w er   s y s te m   is   ca r r ied   o u t   u s i n g   s ta te  e n u m er atio n .   I n   e ac h   as s es s m e n t,  th e   r eliab ilit y   i n d ices  E E N S  a n d   L O L P   ar e  co m p u ted   f o r   ev er y   lo ad   p o in t  o f   th e  s y s te m   a n d / o r   f o r   th e  s y s te m .   L et  ( , )   th e  r eliab ilit y   in d e x   ( E E NS  o r   L OL P )   co m p u ted   f o r   b u s   i   ( i.e .   a   lo a d   b u s )   u s i n g   th e  p o w er   in j ec tio n s   W P P    [ ] , ,   th e  m ea n   v alu e   an d   th e   s ta n d ar d   d ev iatio n   o f   t h e  r eliab ilit y   i n d ex   a t  b u s   i   co n s id er in g   al l  t h e  co n ce n tr atio n   p o in ts   i s   o b tain ed   as th e  w ei g h ted   av er ag e,   g iv e n   b y :      = ∑ ∑ , ( , ) 3 = 1 = 1     ( 2 5 )     [ 2 ] = ∑ ∑ , ( ( , ) ) 2 3 = 1 = 1     ( 2 6 )     = √ [ 2 ] − 2     ( 2 7 )     Fig u r e  2   p r esen ts   t h e  g en er al   p r o ce d u r e  o f   av ailab ilit y   a s s ess m en t  u s in g   P E M.   T h e  ca lcu latio n   o f   co n ce n tr atio n   p o in t s   i s   m ad e  ap p ly i n g   ( 1 7 )   to   ( 2 3 ) .   T h e  ca l cu latio n   o f   r eliab ilit y   i n d ex e s   m a k es   u s e  o f   ( 2 3 )     to   ( 2 7 ) .   I n   Fig u r ,   m   i s   t h e  n u m b er   o f   W P P s   in   t h e  p o w er   s y s t e m .   No te  th at   k =1 ,   2 ,   3 .   W h en   k= 3 ,   f o r   a n y   l ,   t h e   co n ce n tr atio n   p o in t is t h e  s a m e,   g iv e n   b y   ( 2 2 ) .           Fig u r e  2 .  A l g o r ith m   o f   a v ailab ilit y   a s s es s m en t  u s in g   P E M       3.   RE SU L T S AN D  AN AL Y SI S   3 . 1 .     Study   sy s t e m   Fig u r e  3   s h o w s   th e  test   s y s te m ,   w h ich   co r r esp o n d s   to   t h e  I E E E   R eliab ilit y   T est  S y s te m   2 4     n o d es   [ 1 9 ] ,   m o d if ied .   I n   o r d er   to   ap p ly   t h e  p r o p o s ed   m eth o d o lo g y ,   t w o   W P P s   ar e  p lace d   at  n o d es  7   an d   1 6 ;   r ep lacin g   th e  o r ig i n al  s y n ch r o n o u s   g e n er atio n   g iv e n   at   [ 1 9 ] .   E ac h   W PP   co n s is t  o f   1 0   MV   cir cu its   w it h   8   tu r b in es   ea c h   o n e,   f o r   a   to t al  o f   8 0   w i n d   t u r b in e s   o f   2 . 5   MW ,   b ased   o n   [ 5 ] .   I n   ad d itio n ,   a  s tatic  v ar   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       B u lk  p o w er sys tem  a va ila b ilit y  a s s ess men t  w ith …   ( A n g ie  C .   C ep ed a )   33   co m p e n s ato r   d ev ice  ( SV C )   i s   p lace d   in   b o th   n o d es  f o r   v o ltag e  r eg u lat io n   o f   t h e  s y s t e m .   As  [ 7 ]   s h o w s ,     a  Mo n te  C ar lo   s i m u lat io n   i s   r u n   to   g e t a   s tat is tica l c h ar ac ter i za tio n   o f   t h e  i n j ec ted   p o w er   b y   t h e  W P P .   T ab le  1   s h o w s   th i s   c h ar ac ter izatio n   b a s ed   o n   a  Mo n te  C ar lo   s i m u lati o n   o f   1 5 6 9   r ea lizatio n s ,   s h o w i n g   t h e  f o u r   ce n tr al  m o m e n t s   ( , , , 3 ,  , 4 ).           Fig u r e  3 .   T est  s y s te m   –   IEEE  r eliab ilit y   tes t s y s te m   m o d i f ie d       T ab le  1 .   C en tr al  m o m e n t s   o f   t h e  W P P   C e n t r a l   M o me n t s   V a l u e   M e a n   ( )   [ M W ]   6 0 . 3 6   S t a n d a r d   D e v i a t i o n   ( )   [ M W ]   6 0 . 9 4   S k e w n e ss ( , 3 )   0 . 8 4 9   K u r t o si s ( , 4 )   2 . 4 2 7       3 . 2 .     Study   ca s es   T h r ee   s ce n ar io s   b ased   o n   th e  co r r elatio n   b et w ee n   th e  b e h av io r s   o f   p o w er   i n j ec tio n s   o f   W P P 1   ( p lace d   at  n o d e  1 6 )   an d   W PP 2   ( p lace d   at  n o d e  7 )   ar e  an aly ze d .   T h ese  s ce n ar io s   ar e:     Scen a r i o   1 :  T h e  in jecti o n   o f   b o th   W PP s   a r e   ass u m ed   as  in d ep en d en t  r an d o m   v ar ia b l es;  i . e.   th e  c o r r ela ti o n   1 2 = 0 .       Scen a r i o   2 :   T h e  in jec ti o n   o f   b o th   W PP s   a r e  in v e r s e ly   co r r el at ed ;   ass u m in g   a  co r r el ati o n   1 2 = − 0 . 5 .     Scen a r i o   3 :   T h e  in jec ti o n   o f   b o th   W PP s   a r e  d i r e ctly   c o r r e lat e d ;   ass u m in g   a  c o r r ela ti o n   1 2 = 0 . 5 .   I n   th i s   ca s e,   th er e  ar e  2   W P P s ,   th en     tak es  th e  v alu e  o f   2 .   I n   co n s eq u e n ce ,   5   co n ce n tr atio n   p o in t s   ( , , , )   ar e  estab lis h ed   ( 2 m +1 )   ac co r d in g   to   s ec tio n   2 . 3 .   T h ese  co n ce n tr atio n   p o in ts   ar e  d e f i n ed   at     T ab le  2 .   I t is im p o r tan t to   ex p l ain   th e  c h ar ac ter is tic  o f   th e  f ir s t c o n ce n tr atio n   p o in t:     C o n ce n t r a ti o n   P o in t  1 :   th is   c as e  w ill  b e   th e  c o m m o n   co n ce n t r at io n   p o in t   d e r iv e d   f r o m   ( 1 8 ) .   W h en   k =3   f o r   ea ch   r an d o m   v ar ia b le   l ,   b o th   W PP   ar e  g en e r a tin g   th e  v a lu e  o f   th ei r   m ea n   v alu e   1   an d   2 .   I n   s u ch   ca s e   [ ] 1 , 3 = [ ] 2 , 3 ,   th en   f r o m   ( 1 7 )   [ ] 1 , 3 = [ ] 2 , 3 .  I n   ad d i tio n ,   th e   w eig h tin g   f ac to r   o f   th e  c o m m o n   co n c en tr ati o n   p o in t   is   th e   s u m   o f   th e   w eig h ts   1 , 3 + 2 , 3 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   1 ,   Feb r u ar y   2 0 2 1   :   27   -   36   34   On   th e  o th er   h an d ,   th e  o th er   co n ce n tr atio n   p o in t s   [ ] ,   ar e  d e f i n ed   b ased   o n   ( 1 8 ) ,   w h en   l   tak es     th e  v al u es o f   1   an d   2 ; a n d   k   =  1   an d   2   ( k =3   is   th e  co m m o n   c o n ce n tr atio n   p o in t) .   T h en ,   [ ] ,   is   t r an s f o r m ed   to   [ p ] ,   u s i n g   ( 1 7 ) .   T ab le  2   s h o w s   t h e  g e n er al  d ef i n it io n   o f   t h e  c o n ce n tr atio n   p o in ts .   T h e  v al u es  d ep en d   o n     th e  s ce n ar io   u n d er   an al y s i s .   T ab le  3   s h o w s   f o r   th e  t h r ee   s ce n ar io s   t h e  p o w er   g en er ated   i n   MW   f o r   ea ch   W P P  ac co r d in g   to   t h e   5   co n ce n tr at io n   p o in t s .   T ab le  4   p r esen ts   t h e  w ei g h ti n g   f ac to r   f o r   t h e   c o n ce n tr atio n   p o in t s   ac co r d in g   to   T ab le  2 .       T ab le   2 .   C o n ce n tr atio n   p o in t s   –   test   ca s e   C o n c e n t r a t i o n   P o i n t   I n j e c t e d   P o w e r   a t   W P P 1   I n j e c t e d   P o w e r   a t   W P P 2   W e i g h t   F a c t o r   1   1 , 3 = P 1   2 , 3 = P 2   1 , 3 + 2 , 3   2   P 1   2 , 1   2 , 1   3   P 1   2 , 2   2 , 2   4   1 , 1   P 2   1 , 1   5   1 , 2   P 2   1 , 2       T ab le   3 .   P o w er   ge n er ated   ( MW )   b y   W P P   -   s ce n ar io s   d e  an al y s i s   W P P   C o n c e n t r a t i o n   P o i n t s   C o r r e l a t i o n   S c e n a r i o s   1 2 = 0   1 2 = − 0 . 5   1 2 = 0 . 5   N o d e   1 6   1   6 0 . 3 6   6 0 . 3 6   6 0 . 3 6   2   6 0 . 3 6   6 0 . 3 6   6 0 . 3 6   3   6 0 . 3 6   6 0 . 3 6   6 0 . 3 6   4   1 6 9 . 9 3   1 6 9 . 9 3   1 6 9 . 9 3   5   2 . 5 3   2 . 5 3   2 . 5 3   N o d e   7   1   6 0 . 3 6   6 0 . 3 6   6 0 . 3 6   2   1 6 9 . 9 3   1 9 0   1 9 0 . 7 2   3   2 . 5 3   8 . 3 2   0   4   6 0 . 3 6   5 . 5 8   1 1 5 . 1 4   5   6 0 . 3 6   8 9 . 2 8   3 1 . 4 4       T ab le   4 .   W eig h tin g   f ac to r s   b y   co n ce n tr atio n   p o in t  -   s ce n ar io s   d e   an al y s is   C o n c e n t r a t i o n   P o i n t s   C o r r e l a t i o n   S c e n a r i o s   1 2 = 0   1 2 = − 0 . 5   1 2 = 0 . 5   1   - 0 . 1 7 2   0 . 0 0 1   0 . 1 0 9   2   0 . 2 0 3   0 . 1 1 8   0 . 1 0 7   3   0 . 3 8 3   0 . 2 9 5   0 . 1 9 9   4   0 . 2 0 3   0 . 2 0 3   0 . 2 0 2   5   0 . 3 8 4   0 . 3 8 4   0 . 3 8 4       On ce   t h e  p o w er   g e n er atio n   o f   W P P s   ar e  co m p u ted   f o r   ea ch   s ce n ar io   an d   its   co n ce n tr ati o n   p o in ts ;     th e  r eliab ilit y   i n d ices   f o llo w i n g   t h e  al g o r ith m   o f   Fi g u r e  2   is   r u n .   T ab le  5   p r esen ts   th e  s y s te m   E E NS   in d e x   a n d   T ab le  6   s h o w s   t h e  s y s te m   L O L P   in d ex ,   co m p u ted   f o r   ea ch   co n ce n tr atio n   p o in t  u n d er   ea c h   s ce n ar io .   A p p l y in g   th e  w eig h ti n g   f ac to r s   o f   T ab l e  4   an d   ( 2 5 ) - ( 2 7 )   th e  m ea n   v alu e  an d   th e  s ta n d ar d   d ev iatio n   o f   th e  E E NS  an d   th e  L OL P   ar e  co m p u ted .   T h e  co n ce n tr atio n   p o in t  1   also   r ep r esen ts   t h e  ca s e  w h er e  W P P   a r e  ass u m ed   as  n o n - r an d o m   v ar iab les,  i.e .   w it h o u t   u n ce r tai n t y .   A s   t h e  r esu l ts   o f   th e  o t h er   co n ce n tr atio n s ,   t h er e  is   an   i m p o r tan t  i m p ac t  o n   t h e  u n ce r tai n t y   o f   t h e  r eliab ilit y   in d e x es  i n tr o d u c ed   b y   t h e  u n ce r tai n t y   o n   t h e  W PP s .   On   th e  o t h er   h a n d ,   t h e   s c e n a r i o   o f   i n v e r s e   c o r r e l a t i o n   b e t w e e n   W P P 1   a n d   W P P 2   s h o w s   a   r e d u c t i o n   o f   t h e   r e l i a b i l i t y   i n d e x e s ;   t h a t   i s   a n   e x p e c t e d   r e s u l t .   B y   c o n t r a s t   i f   t h e   W P Ps   a r e   d i r e c t l y   c o r r e l a t e d   t h e   E E N S   a n d   L O L P   i n c r e a s e .       T ab le   5 .   R esu lts   o f   E E NS [ MW h / y r ]   -   Sce n ar io s   d e  A n al y s i s   C o n c e n t r a t i o n   P o i n t s   C o r r e l a t i o n   S c e n a r i o s   1 2 = 0   1 2 = − 0 . 5   1 2 = 0 . 5   1   1 7 8 , 4 4 9   1 7 8 , 4 4 9   1 7 8 , 4 4 9   2   4 6 , 2 1 5   3 2 , 0 7 5   3 1 , 3 2 1   3   2 4 0 , 0 5 3   2 4 5 , 2 8 2   2 6 8 , 6 3 6   4   1 1 9 , 9 1 1   1 5 3 , 4 3 9   6 6 , 6 8 7   5   2 2 9 , 8 4 8   1 4 8 , 6 4 3   2 5 0 , 9 6 5     [ M W h / yr ]   1 8 5 , 3 1 6   1 6 0 , 7 9 0   1 8 3 , 4 8 5     [ M W h / yr ]   4 8 , 1 6 6   3 0 , 9 2 1   7 4 , 0 9 2   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       B u lk  p o w er sys tem  a va ila b ilit y  a s s ess men t  w ith …   ( A n g ie  C .   C ep ed a )   35   T ab l e  6 .   R esu lts   o f   L O L P   [ %]   -   Scen ar io s   d e  An al y s is   C o n c e n t r a t i o n   P o i n t s   C o r r e l a t i o n   S c e n a r i o s   1 2 = 0   1 2 = − 0 . 5   1 2 = 0 . 5   1   2 . 4 3 6   2 . 4 3 6   2 . 4 3 6   2   0 . 7 9 9   0 . 6 6 7   0 . 6 7 7   3   2 . 1 6 3   2 . 2 5 4   2 . 6 7 0   4   2 . 2 3 8   1 . 5 6 7   1 . 8 8 5   5   2 . 4 7 1   1 . 9 4 3   2 . 9 3 7      [ % ]   2 . 3 5 1   2 . 0 1 3   2 . 4 7 7      [ % ]   0 . 2 8 3   0 . 3 9 6   0 . 4 9 5       4.   CO NCLU SI O N   T h is   p ap er   p r o p o s ed   th e  ap p licatio n   o f   th e   2 m +1   p o in t - e s ti m ate  p r o b ab ilis tic  m e th o d   ( P E M)   f o r     th e  a v ailab ilit y   as s es s m en t   o f   a  b u l k   s y s te m   co n s id er in g   th e  e x i s te n ce   o f   s ev er al   co r r elate d   W P P s .     T h e  p r o p o s ed   m et h o d o lo g y ,   f ir s tl y ,   s h o w   h o w   to   m o d el  t h e  p o w er   in j ec tio n   o r   g e n er ati o n   o f   a  w i n d   p o w er   p lan t  b ased   o n   t h e  f o u r   s t atis tical   ce n tr al   m o m e n ts :   m ea n   v alu e,   v ar ia n ce ,   s k e wn es s   a n d   k u r to s i s .     T h u s ,   th e  b e h av io r   o f   W P P   ca n   b e  s i m u lated   o r   an al y ze d   w it h   h is to r ical  d ata  f o r   o b tain in g   t h i s   s tati s tical   m o d el.   I n   ad d itio n ,   as  th e   b eh av io r   o f   t h e  p o w er   i n j ec tio n   o f   s ev er al   W P P s   ca n   b e  co r r elate d   a m o n g   th e m ;    th e  p r o p o s ed   m et h o d o lo g y   m ak es  u s e  o f   li n ea r   tr an s f o r m a tio n   in   o r d er   to   d ec o u p le  th em   in to   in d ep en d en t   r an d o m   v ar iab les,  w h ic h   ar e  u s ef u l  f o r   th e  av ailab il it y   a s s e s s m en t b ased   o n   P E M.     T h e  2 m +1   P E M  m et h o d o lo g y   u s ed   f o r   th e  a v ailab il it y   a s s ess m e n t  h elp s   to   d ev elo p   th e  r eliab ilit y   an al y s is   b ased   o n   co n v e n tio n al  to o ls   ( s tate  en u m er atio n   o r   Mo n te  C ar lo )   b ased   o n   an   ap p r o p r iate  s et  o f   p o w er s   in j ec ted   b y   th e  W P P s   th at  tak es  i n to   ac co u n t  th e ir s   in d iv id u al  s tatis t ical  m o d el  ( i.e .   th e  f o u r   ce n tr al  m o m e n t s )   an d   th e  co r r elate d   b eh av io r   o f   th e s e  p o w er   s o u r ce s .   T h e  ap p licatio n   o f   PEM   o n   th e  r eliab ilit y   o f   b u lk   p o w er   s y s te m s   w it h   s e v er al  w in d   p o w er   p ar k s   o p en s   t h e  o p p o r tu n it y   to   ex te n d   th e  r esear ch   to     th e  u til izatio n   o f   o t h er   n o n - co n v e n tio n al   r en e w ab le   s o u r ce s ,   as   th e   p h o to v o ltaic   g e n er atio n   ( P V  f ar m s ) .   Fu r t h er   w o r k   is   r eq u ir ed   to   m ak e  th e  s tati s tical  c h ar ac ter iza tio n   o f   P V  f ar m s ,   m a k e  s tati s tical  s t u d ies  ab o u t   th e  co r r elatio n   b et w ee n   s e v er al  W P P s   an d   s ev er al   P V  f ar m s .   T h u s ,   f u r th er   r esear c h   ca n   b e  s tar ted   to   m ea s u r e   t h e  i m p ac t s   o f   t h e  h i g h   lev e l  p en etr atio n   o f   n o n - co n v en tio n al  en er g y   s o u r ce s   o n   r eliab il it y   p er f o r m a n ce   o f     th e  p o w er   s y s te m ; t h at  h av e  a n   i m p o r tan t u n ce r tain t y .       RE F E R E NC E S   [1 ]   P .   Bie ,   e t  a l. ,   “ P ro b a b il isti c   d y n a m ic  lo a d   f lo w   w it h   c o rre late d   w in d   so u rc e s,”   IE EJ  T ra n sa c ti o n s  o n   El e c trica l  a n d   El e c tro n ic E n g i n e e rin g ,   v o l.   1 3 ,   n o .   1 ,   p p .   7 6 - 8 3 ,   2 0 1 8 .   [2 ]   A .   S .   A .   Ba d a w i,   e t  a l. ,   “ Ev a lu a ti o n   o f   w in d   p o w e r  f o r  e lec tri c a l  e n e rg y   g e n e ra ti o n   i n   m e d it e rra n e a n   c o st  o f   P a les ti n e   f o r  1 4   y e a rs, ”   In ter n a t io n a l  J o u r n a l  o f  E lec trica l  a n d   Co mp u ter   En g in e e rin g   ( IJ ECE ),   v o l.   9 ,   n o .   6 ,     p p .   4 6 1 0 - 4 6 1 6 ,   2 0 1 9 .   [3 ]   W .   L i,   “ Risk   A s se ss m e n t  o f   P o w e r  S y ste m s , ”   IEE E  Pre ss ,   J o h n   W il e y   &   S o n s.,   2 0 0 5 .   [4 ]   A .   M o re n o ,   a n d   M.   A .   Río s,  “ I m p a c t  o f   W in d   G e n e ra ti o n   i n   t h e   G e n e ra ti o n   Re li a b il i ty   A ss e s s m e n t, ”   Ap p li e d   M e c h a n ics   a n d   M a ter ia ls ( AM M )   J o u rn a l,   v o l.   2 6 7 ,   p p .   2 9 - 3 2 ,   2 0 1 3 .   [5 ]   D.  v a n   He rtem ,   O.  G o m is - Be ll m u n t,   a n d   J.  L ian g ,   “ Of f sh o re   W i n d   P o w e r  P lan ts  (OW P P S ), ”   W il e y - IEE E  Pre ss ,     p p .   1 0 9 - 138 ,   2 0 1 6 .   [6 ]   M .   d e   P ra d a ,   L .   Ig u a lad a ,   C.   Co rc h e ro ,   O.  G o m is - Be l m u n t,   A .   S u m p e r,   “ H y b rid   A C - DC   O ff sh o re   W in d   P o w e r  P la n t  T o p o lo g y :  Op ti m a l  De si g n , ”   IEE E  T ra n sa c ti o n s  o n   Po we r S y ste ms ,   v o l.   3 0 ,   n o .   4 ,   p p .   1 8 6 8 - 1 8 7 6 ,   2 0 1 5 .   [7 ]   R.   V e rg a ra ,   “ P ro b a b il isti c   M o d e l   o f   W in d   P o w e r  P a rk s  f o r  Re li a b il it y   A ss e ss m e n t  ( In   S p a n ish ), ”   M a ste r  De g re e   T h e sis in   El e c trica l  E n g i n e e rin g ,   Un ive rs id a d   d e   L o s A n d e s,  B o g o t a ,   2 0 1 8 .   [8 ]   Y.  Din g ,   C.   S i n g h ,   L .   G o e l,   J.  Os terg a a rd ,   P .   W a n g ,   “ S h o rt - T e rm   a n d   M e d i u m - T e r m   R e li a b il it y   Ev a lu a ti o n   f o r   P o w e r  S y ste m s  w it h   Hig h   P e n e tr a ti o n   o f   W in d   P o w e r, ”   IEE E  T ra n sa c ti o n s  o n   S u st a i n a b le  E n e rg y ,   v o l.   5 ,   n o .   3 ,   p p .   8 9 6 - 9 0 6 ,   2 0 1 4 .   [9 ]   X .   Jia n g ,   Z.   Z h a n g ,   J.  W a n g ,   “ S t u d ies   o n   t h e   Re li a b il it y   a n d   Re se rv e   Ca p a c it y   o f   El e c tri c   P o w e r  S y st e m   w it h   W in d   P o w e r  In teg ra ti o n , ”   Po we r  E n g i n e e rin g   a n d   Au t o ma ti o n   Co n fer e n c e ,   2 0 1 2 .   [1 0 ]   H.  X iao q i n g ,   Y.  Yo n g ,   “ W in d   P o w e r  P e n e trati o n   L im it   Ca lc u latio n   b a se d   o n   P o w e r  S y st e m   Re li a b il it y , ”   In ter n a t io n a l  C o n fer e n c e   o n   S u st a in a b le P o we r Ge n e ra ti o n   a n d   S u p p ly,   p p .   1 - 4 ,   2 0 0 9 .   [1 1 ]   S.   A .   P e ñ a ,   M .   A .   Rio s,  I .   Z u b ia ,   “ W P P   M o d e l  i n   P o w e r  S y ste m   S e c u rit y   As se ss m e n t, ”   In ter n a ti o n a l  Rev iew  o f   El e c trica l  En g in e e rin g   IRE E,   v o l.   1 5 ,   n o .   2 ,   p p .   1 5 5 - 1 6 3 ,   2 0 2 0 .   [1 2 ]   C.   S u ,   “ P ro b a b il isti c   L o a d - F lo w   Co m p u tatio n   Us in g   P o i n t  Es ti m a te   M e th o d , ”   IEE E  T ra n s a c t io n s  o n   Po we r   S y ste ms ,   vo l.   2 0 ,   n o .   4 ,   p p .   1 8 4 3 - 1 8 5 1 ,   2 0 0 5 .   [1 3 ]   E.   T o m a ss o n ,   L .   S ö d e r,   “ Ge n e ra ti o n   A d e q u a c y   A n a l y sis   o f  M u lt i - A re a   P o w e r  S y ste m s   w it h   a   Hig h   S h a re   o f  W in d   P o w e r, ”   IEE E  T ra n s a c ti o n s o n   P o we r S y ste ms ,   v o l.   3 3 ,   n o .   4 ,   p p .   3 8 5 4 - 3 8 6 2 ,   2 0 1 7 .   [1 4 ]   W .   W a n g d e e   a n d   R.   Bil li n t o n ,   “ Co n sid e ri n g   L o a d - Ca rry in g   Ca p a b il it y   a n d   W in d   S p e e d   Co rre lati o n   o f   W ECS   in   G e n e r a ti o n   A d e q u a c y   A ss e ss m e n t, ”   IEE E  T r a n s a c ti o n   o n   E n e rg y   Co n v e rs io n ,   v o l.   2 1 ,   n o .   3 ,   p p .   7 3 4 - 7 4 1 ,   2 0 0 6 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   1 ,   Feb r u ar y   2 0 2 1   :   27   -   36   36   [1 5 ]   J.   M .   M o ra les ,   L .   B a rin g o ,   A .   J.  Co n e jo   a n d   R.   M ín g u e z ,   “ P r o b a b il isti c   p o w e r  F lo w  w it h   c o rre late d   w in d   so u rc e s,”   IET   Ge n e ra ti o n   T ra n sm issi o n   a n d   Distrib u ti o n ,   v o l.   4 ,   n o .   5 ,   p p .   6 4 1 - 6 5 1 ,   2 0 1 0 .     [1 6 ]   H.   P .   Ho n g ,   “ A n   e ff ici e n t  p o in t   e stim a te  m e th o d   f o r  p ro b a b il ist ic  a n a ly sis,”   Relia b il it y   E n g i n e e rin g   &   S y ste m  S a fety ,   v o l .   5 9 ,   n o .   3 ,   p p .   2 61 - 2 6 7 ,   1 9 9 8 .   [1 7 ]   M.   El - A z a b ,   W .   A .   O m ra n ,   S .   F .   M e k h a m e r,   H.   E.   A .   T a laa t,   “ A  p ro b a b i li stic  m u lt i - o b jec ti v e   a p p ro a c h   f o r  F A C T S   d e v ice s  a ll o c a ti o n   w it h   d if f e re n t  lev e ls  o f   w in d   p e n e tratio n   u n d e r  u n c e rtain ti e s  a n d   lo a d   c o rre latio n , ”   In ter n a ti o n a l   J o u rn a l  o f  El e c trica l  a n d   C o mp u t e r E n g i n e e rin g   ( IJ ECE ),   v o l.   1 0 ,   n o .   4 ,   p p .   3 8 9 8 - 3 9 1 0 ,   2 0 2 0 .   [1 8 ]   M . A .   Rio s,  E. G .   G u a m a ,   “ S y ste m   Co n g e stio n   Crit e ria  f o r  In terc o n n e c ti o n   o f   W P P   th r o u g h   V S C - HV DC,”  IET   Ge n e ra ti o n ,   T ra n sm issio n   a n d   Di strib u ti o n ,   v o l.   1 3 ,   n o .   1 2 ,   p p .   2 5 2 6 - 2 5 3 2 ,   2 0 1 9 .   [1 9 ]   A lb re c h t,   P a u l  F . ,   e t  a l. ,   “ IEE E   re li a b il it y   tes t  s y ste m , ”   IEE E  T ra n sa c ti o n s  o n   Po we r  Ap p a r a tu s  a n d   S y ste ms ,     v o l.   9 8 ,   n o .   6 ,   p p .   2 0 4 7 - 2 0 5 4 ,   1 9 7 9 .   [2 0 ]   Q.  Hu a n g ,   X .   Hu a n g ,   J.  F a n ,   X .   Zh a n g ,   Y.  W a n g ,   “ Re li a b il it y   a n d   e c o n o m y   a ss e ss m e n t  o f   o ff sh o re   w in d   f a r m s,”   T h e   J o u r n a l   o f   En g in e e rin g ,   v o l .   2 0 1 9 ,   n o .   1 6 ,   p p .   1 5 5 4 - 1 5 5 9 ,   2 0 1 9 .   [2 1 ]   A.   S.   A .   Ba d a w i,   N.   F .   Ha sb u ll a h ,   S .   Y u so f f ,   A .   Ha sh a m ,   M .   E lam a ss ie,  “ P ra c ti c a l  e lec tri c a l  e n e rg y   p ro d u c t io n   t o   so lv e   th e   sh o r tag e   in   e lec tri c it y   in   P a les ti n e   a n d   p a y   b a c k   p e rio d , ”   I n ter n a ti o n a l  J o u rn a l  o f  El e c trica l  a n d   Co mp u ter   E n g in e e rin g   ( IJ ECE ),   v o l.   9 ,   n o .   6 ,   p p .   4 6 1 0 - 4 6 1 6 ,   2 0 1 9 .   [2 2 ]   G .   Erd e m ir,   A .   T .   Zen g in ,   T .   C.   Ak in c i,   “ S h o rt - term   w in d   sp e e d   f o re c a stin g   s y st e m   u sin g   d e e p   le a rn in g   f o r  w in d   tu rb i n e   a p p li c a ti o n s,”   In ter n a ti o n a l  J o u rn a l  o f  El e c trica l  a n d   Co mp u ter   E n g in e e rin g   ( IJ ECE ),   v o l.   1 0 ,   n o .   6 ,     p p .   5 7 7 9   -   5 7 8 4 ,   2 0 2 0 .     [2 3 ]   C.   L .   T .   Bo rg e s,  J.   A.   S .   Dia s,  “ Re p re se n tatio n   o f   W in d   a n d   L o a d   Co rre lati o n   i n   No n - S e q u e n ti a l  M o n te  Ca rl o   Re li a b il it y   Ev a lu a ti o n , ”   Reli a b il it y   a n d   Ri sk   Eva l u a ti o n   o f  W in d   In t e g ra ted   P o we r S y ste ms ,   p p .   9 1 - 1 0 6 ,   2 0 1 3 .   [2 4 ]   A .   M .   L e it e   d a   S il v a ,   L .   A.   F .   M a n so ,   A .   A .   F lav io ,   M .   A .   d a   Ro sa ,   a n d   L .   C.   Re se n d e ,   “ Co m p o site  Re li a b i li ty   A s se ss m e n t  o f   P o w e r  S y ste m s  with   L a rg e   P e n e tr a ti o n   o f   Re n e wa b le  S o u rc e s,”   Relia b il it y   a n d   Ri s k   Eva lu a t io n   o f   W in d   In teg ra ted   Po we r  S y ste ms ,  p p .   1 0 7 - 128 ,   2 0 1 3 .   [2 5 ]   R.   Bil li n t o n ,   a n d   R.   N.  A ll a n ,   “ Re li a b il it y   As se s s m e n t  o f  L a rg e   El e c tri c   P o w e r  S y ste m s,”   Klu we r  Aca d e mic   Pu b li s h e rs ,   1 9 9 8 .   [2 6 ]   W .   L i,   “ P ro b a b il isti c   T ra n sm issio n   P lan n i n g , ”   IEE E  Pre ss   J o h n   W i ley   &   S o n s,  NJ ,   US A,   2 0 1 1 .   [2 7 ]   A.   S .   D a lab e e h ,   A .   A l - M o f leh ,   A.   R.   A lz y o u d ,   H.   T .   Ay m a n ,   “ Eco n o c m ica l  a n d   Re li a b le  Ex p a n sio n   A lt e rn a ti v e   o f   Co m p o site  P o w e r  S y ste m   u n d e r  Re stru c tu rin g , ”   I n ter n a ti o n a l   J o u rn a l   o f   El e c trica l  a n d   Co m p u t e r  En g i n e e rin g   ( IJ ECE ),   v o l .   8 ,   n o .   6 ,   p p .   4 7 9 0 - 4 7 9 9 ,   2 0 1 8       B I O G RAP H I E S   O F   AUTH O RS       An g ie  C a ta li n a   Ce p e d a   is  g ra d u a ted   o f   e le c tri c a l  e n g in e e rin g   f ro m   Un iv e rsid a d   d e   lo s  A n d e s   (2 0 2 0 )  a t   Bo g o tá,   Co l o m b ia.  His  in tere st  f ield s  a re   in   e lec tri c a l  p o w e r  s y ste m s  a n d   tele c o m m u n ica ti o n s sy ste m s.  e - m a il :  a c . c e p e d a @u n ian d e s.e d u . c o         M a r io   Alb e r to   Rí o s :  re c e iv e d   a   d e g re e   in   e le c tri c a l  e n g in e e rin g   i n   1 9 9 1   a n d   a   M . S c .   De g re e   in   e lec tri c a l  e n g in e e rin g   in   1 9 9 2 ,   b o t h   f ro m   Un iv e rsid a d   d e   lo s  A n d e s,  Bo g o tá,  Co lo m b ia.  He   re c e iv e d   a   P h . D.  d e g re e   in   e lec tr ica l  e n g in e e rin g   f ro m   INP G - L E G ,   Gre n o b le,  F ra n c e ,   in   1 9 9 8 ,   a n d   a   Do c to ra l  d e g re e   in   e n g in e e rin g   f ro m   Un iv e r sid a d   d e   lo s  A n d e s,  in   1 9 9 8 .   He   w o rk e d   a s  a   c o n su lt a n t  e n g in e e r  i n   C o n C o l  ( n o w   W S P ),   Bo g o tá,  Co lo m b ia,  d u rin g   1 2   y e a rs.  A lso ,   h e   w a s  a   Re se a rc h   A ss o c iat e   a t  th e   Un iv e rsity   o f   M a n c h e ste r  ( f o r m e rl y ,   U M IS T ).   Cu rre n tl y ,   h e   is  F u ll   P r o f e ss o r  a t  th e   De p a rt m e n t  o f   El e c tri c a l  En g in e e rin g ,   S c h o o l  o f   En g in e e rin g ,   Un iv e rsid a d   d e   lo s A n d e s,  Bo g o tá,  a n d   d irec to r  o f   th e   P o w e r  a n d   En e rg y   Re s e a rc h   G ro u p   o f   th is  u n iv e rsity ,     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.