Abstract The integration of more intermittent generation, energy storage, and dynamic loads on top of a competitive market environment requires future grids to handle increasing diversity of power injection states. Grid planners need new tools and metrics that can assess the vulnerability of grids in this future. To this end, we propose a new grid inadequacy assessment framework and a set of metrics that expose a grid’s inherent inability to accommodate high power injection diversity without intervention. We define the metrics based on a previously unexplored characterization of grid inadequacy, that is, we use the size of the power flow infeasible set relative to the size of the power injection set as indicator of inherent grid inadequacy. We circumvent the difficulty of characterizing the high-dimensional sets involved using three approaches: one scenario-based approach and two novel approaches that project the sets in lower dimensions. Illustrative examples show how the metrics can reveal useful insights about existing grid bottlenecks resulting from diverse operating states that may otherwise go unnoticed. As with other metrics, the proposed metrics are only valid relative to the assumptions used and cannot capture all intricacies of assessing grid inadequacy. Nevertheless, the metrics provide a new way of quantifying grid inadequacy that is potentially useful in future research and practice. Part II of the paper studies the application of the metrics in identifying and assessing grid expansion options that are less inherently inadequate than others.

中文翻译：

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高功率注入多样性的电网不足评估。第一部分：框架和指标

摘要 在竞争激烈的市场环境之上，更多的间歇性发电、储能和动态负载的集成需要未来的电网来处理日益多样化的电力注入状态。电网规划者需要新的工具和指标来评估未来电网的脆弱性。为此，我们提出了一个新的电网不足评估框架和一组指标，这些指标暴露了电网固有的无法在没有干预的情况下适应高功率注入多样性。我们根据先前未探索的电网不足特征定义度量，即我们使用相对于功率注入集大小的潮流不可行集的大小作为固有电网不足的指标。我们使用三种方法规避了表征所涉及的高维集的困难：一种基于场景的方法和两种以较低维度投影集合的新颖方法。说明性示例展示了指标如何揭示有关现有电网瓶颈的有用见解，这些瓶颈是由不同的运行状态导致的，否则可能会被忽视。与其他指标一样，所提出的指标仅相对于所使用的假设有效，无法捕捉评估电网不足的所有复杂性。尽管如此，这些指标提供了一种量化网格不足的新方法，在未来的研究和实践中可能有用。本文的第二部分研究了指标在识别和评估本质上不如其他方案不足的电网扩展方案中的应用。说明性示例展示了指标如何揭示有关现有电网瓶颈的有用见解，这些瓶颈是由不同的运行状态导致的，否则可能会被忽视。与其他指标一样，所提出的指标仅相对于所使用的假设有效，无法捕捉评估电网不足的所有复杂性。尽管如此，这些指标提供了一种量化网格不足的新方法，在未来的研究和实践中可能有用。本文的第二部分研究了这些指标在识别和评估本质上不如其他方案不足的电网扩展方案中的应用。说明性示例展示了指标如何揭示有关现有电网瓶颈的有用见解，这些瓶颈是由不同的运行状态导致的，否则可能会被忽视。与其他指标一样，所提出的指标仅相对于所使用的假设有效，无法捕捉评估电网不足的所有复杂性。尽管如此，这些指标提供了一种量化网格不足的新方法，在未来的研究和实践中可能有用。本文的第二部分研究了指标在识别和评估本质上不如其他方案不足的电网扩展方案中的应用。提议的指标仅相对于所使用的假设有效，不能涵盖评估电网不足的所有复杂性。尽管如此，这些指标提供了一种量化网格不足的新方法，在未来的研究和实践中可能有用。本文的第二部分研究了指标在识别和评估本质上不如其他方案不足的电网扩展方案中的应用。提议的指标仅相对于所使用的假设有效，不能涵盖评估电网不足的所有复杂性。尽管如此，这些指标提供了一种量化网格不足的新方法，在未来的研究和实践中可能有用。本文的第二部分研究了指标在识别和评估本质上不如其他方案不足的电网扩展方案中的应用。