[論文レビュー] A Fully Controllable Power System - Concept for FACTS and HVDC Placement

Spyros Chatzivasileiadis, Göran Andersson|arXiv (Cornell University)|Jun 27, 2015

Power System Optimization and Stability参考文献 7被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、FACTSおよびHVDCコントローラーを用いた完全制御可能電力系統を提案し、市場ディスpatchとセキュリティ制約を分離することで、再ディスパッチコストを排除する。制御可能性ベクトルと2つの配置アルゴリズムを導入することで、最小限のコントローラー数（直列配置ではほぼ nL−nB+1）を特定し、最適配置により理想状態下で「セキュリティコスト」がゼロの完全制御を実現可能であることを示す。

ABSTRACT

This paper puts forward the vision of fully decoupling market operations from security considerations through controllable power flows. In "A Fully Controllable Power System", power system security is no longer dependent on the location of the power injection points. In the ideal case, this leads to the elimination of redispatching costs, which amount to several million dollars per year in large systems. This paper determines the upper and lower bounds for the number of controllable lines and number of controllers to achieve this decoupling in any system. It further introduces the notion of the controllability vector CV, which expresses the effect of any controller on the AC line flows. Based on two alternative definitions for controllability, two controller placement algorithms to maximize controllability are presented and their results are compared.

研究の動機と目的

• AC線路潮流に対する完全制御を可能にすることで、電力系統における市場運用とセキュリティ制約を分離すること。
• 完全な系統制御を達成するために必要なFACTSおよびHVDCコントローラーの理論的最小数を特定すること。
• 制限されたコントローラー数のもとで系統の制御可能性を最大化する2つのコントローラー配置アルゴリズムの開発と比較すること。
• 各コントローラーが線路潮流に与える影響を定量化するための指標として、制御可能性ベクトル（CV）を導入すること。
• TCSCおよびPSTに対してもフレームワークを拡張し、HVDC線路に限らない適用可能性を示すこと。

提案手法

• 本稿では、直流潮流近似とパワー転送分布係数（PTDF）を用い、線路潮流を母線注入量とコントローラー設定値の線形関数としてモデル化する。
• 制御可能性ベクトル（CV）を、AC線路潮流をコントローラーの有効電力注入量で偏微分したものとして定義し、すべての線路に与える影響を定量化する。
• 2つのコントローラー配置アルゴリズムを提案する：1つは線形計画法（LP）を用いて全潮流変化量を最大化するもの、もう1つはCVの大きさと電力角（cosφ）制約に依存するベクトルベースのヒューリスティック法。
• LPベースの手法は、与えられた制御行動制限（ΔPc ≤ p）のもとで線路潮流の最大絶対変化量を最適化するのに対し、ベクトルベースの手法は高影響度の場所を貪欲に選択する。
• TCSCおよびPSTへの拡張は、それぞれリアクタンス（xij）および位相シフト（δ）に関する線路潮流の微分としてその影響をモデル化することで実現する。
• 理論的上限を導出：直列配置では最大nL−nB+1本の完全制御可能線路が可能であり、並列配置ではnB−1本である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 任意の電力系統を完全に制御可能にするために必要なFACTSおよびHVDCコントローラーの最小数は何か？
• RQ2 制限された数のコントローラーのもとで、系統全体の制御可能性を最大化するためのコントローラー配置最適化手法は何か？
• RQ3 絶対的潮流変化量とベクトルノルムに基づく異なる制御可能性定義が、コントローラー配置の結果に与える影響は何か？
• RQ4 負荷パターンと発電コストは、完全制御可能な系統の実現可能性と費用対効果にどのように影響するか？
• RQ5 提案されたフレームワークは、TCSCやPSTなどの他の可変リアクタンス伝送システム（FACTS）装置へも拡張可能か？

主な発見

• コントローラーを直列に配置した場合、完全制御可能なAC線路の理論的上限はnL−nB+1であり、並列配置ではnB−1である。
• 完全制御を達成するために必要なコントローラーの最小数も、直列配置ではnL−nB+1、並列配置ではnB−1である。
• ベクトルベースのコントローラー配置アルゴリズムは、計算時間の大幅な短縮によりLPベースの手法と同等の結果を達成するが、cosφのしきい値などのヒューリスティクスの精密なキャリブレーションが不可欠である。
• 2本のHVDC線路を並列に配置しても、追加の制御能力は得られない。これは1つの自由度しか追加しないため、解が不成立となる。
• 制御可能性ベクトル（CV）は、各コントローラーがすべてのAC線路潮流に与える影響を効果的に定量化でき、系統的配置最適化を可能にする。
• TCSCおよびPSTに対してもCVフレームワークは適応可能であるが、感度ベクトルは系統の運転点に依存するため、ロバストな配置を実現するには複数の運転点での評価が必要である。