[論文レビュー] A distributed feedback control strategy for optimal reactive power flow with voltage constraints

Saverio Bolognani, Guido Cavraro+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 28, 2013

Optimal Power Flow Distribution被引用数 14

ひとこと要約

本稿では、分布ネットワークにおける無効電力潮流の最適化を目的として、スマートエージェントとしてのマイクロジェネレータを用いた分散フィードバック制御戦略を提案する。電圧測定値を共有し、双対に基づくフィードバック則を適用することで、システムは最小損失電力および妥当な電圧に収束し、同期的および非同期的更新モードの両方において収束の解析的証明がなされている。

ABSTRACT

We consider the problem of exploiting the microgenerators dispersed in the power distribution network in order to provide distributed reactive power compensation for power losses minimization and voltage regulation. In the proposed strategy, microgenerators are smart agents that can measure their phasorial voltage, share these data with the other agents on a cyber layer, and adjust the amount of reactive power injected into the grid, according to a feedback control law that descends from duality-based methods applied to the optimal reactive power flow problem. Convergence to the configuration of minimum losses and feasible voltages is proved analytically for both a synchronous and an asynchronous version of the algorithm, where agents update their state independently one from the other. Simulations are provided in order to illustrate the performance and the robustness of the algorithm, and the innovative feedback nature of such strategy is discussed.

研究の動機と目的

• 分散エネルギー資源の高浸透率を伴う配電網における電圧制御および損失最小化の課題に対処すること。
• 通信制約およびスケーラビリティの制限により、中央集権的最適化が不実用となる配電システムにおいて、分散制御を可能にすること。
• マイクロジェネレータが局所的な電圧測定値と共有データに基づいて、無効電力を自律的に調整できるフィードバックメカニズムを設計すること。
• 同期的および非同期的エージェント更新スケジュールの両方において、最適潮流解への収束を保証すること。
• 実際の配電網シナリオにおけるシミュレーションを通じて、耐障害性と性能を実証すること。

提案手法

• マイクロジェネレータを、局所的な電圧フェーザーを測定し、サイバー通信層を介して情報を共有する知的エージェントとしてモデル化する。
• 最適無効電力潮流（ORPF）問題に双対に基づく最適化手法を適用し、その結果得られるフィードバック制御則を実装する。
• グローバルなORPF問題を、個々のエージェントが解ける局所的サブ問題に分解するため、双対分解フレームワークを用いる。
• 各エージェントが局所的電圧偏差と共有された双対変数に基づいて、無効電力注入量を更新する制御則を設計する。
• 通信遅延や非同期性に対する耐性を評価するため、同期的および非同期的更新メカニズムを組み立てる。
• リャプノフ安定性解析と双対理論を用いて収束を解析的に証明し、グローバル最適性および電圧制約の満足を保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中央集権的調整なしに、分散フィードバック制御戦略が配電網における最適無効電力潮流を達成できるか？
• RQ2 提案されたフィードバックメカニズムは、最小損失電力および妥当な電圧プロファイルへの収束をどのように保証するか？
• RQ3 非同期的エージェント更新下でのアルゴリズムの性能はどのようであり、同期動作と比較してどのように異なるか？
• RQ4 制御則のフィードバック特性は、通信遅延およびネットワークダイナミクスに対する耐障害性をどのように向上させるか？
• RQ5 局所的電圧測定値と限定的な通信のみを用いて実装可能であり、実世界への導入に実用的であるか？

主な発見

• 提案されたフィードバック制御戦略は、同期的および非同期的更新モードの両方において、無効電力潮流問題の最適解に収束する。
• 双対理論およびリャプノフ安定性を用いた解析的証明により、グローバル最適性および電圧制約の満足が保証される。
• アルゴリズムは、すべての母線電圧を許容範囲内に保ちながら、最小の有効電力損失を達成する。
• シミュレーションにより、さまざまなネットワーク状態および通信遅延下でも、頑健な性能が示された。
• フィードバック機構により、システム全体の知識を必要とせずに、ネットワーク変化にリアルタイムで適応可能である。
• 本戦略は、分散型発電機の高浸透率を伴う配電網において、スケーラブルかつ実用的である。