[論文レビュー] A Fully-Distributed Asynchronous Approach for Multi-Area Coordinated Network-Constrained Unit Commitment

Yamin Wang, Lei Wu+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 19, 2018

Optimal Power Flow Distribution参考文献 37被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、多領域ネットワーク制約付きユニットコミットメント（NCUC）問題に対する完全分散型非同期ADMM手法を提案する。この手法により、相互に独立した局所最適化が可能となり、領域間の情報交換を限定的に行える。適応的罰則パラメータの導入、 tie-line による協調制御、およびユニットコミットメントのヒューリスティック固定により、収束性と妥当性が向上し、非凸性が存在する場合でも数値的実験で有効な性能を示す。

ABSTRACT

This paper discusses a consensus-based alternating direction method of multipliers (ADMM) approach to solve the multi-area coordinated network-constrained unit commitment (NCUC) problem in a distributed manner. Due to political and technical difficulties, it is neither practical nor feasible to solve the multi-area coordination problem in a centralized fashion, which requires full access to all data of individual areas. In comparison, in the proposed fully-distributed approach, local NCUC problems of individual areas can be solved independently, and only limited information is exchanged among adjacent areas for facilitating multi-area coordination. Furthermore, as traditional ADMM can only guarantee convergence for convex problems, this paper discusses several strategies to mitigate oscillations, enhance convergence performance, and derive good-enough feasible solutions, including: (i) A tie-line power flow based area coordination strategy is designed to reduce the number of global consensus variables; (ii) Different penalty parameters {ho} are assigned to individual consensus variables and are updated via certain rules during the iterative procedure, which would reduce the impact of initial values of {ho} on convergence performance; (iii) Heuristic rules are adopted to fix certain unit commitment variables for avoiding oscillations during the iterative procedure; and (iv) An asynchronous distributed strategy is studied, which solves NCUC subproblems of small areas multiple times and exchanges information with adjacent areas more frequently within one complete run of slower NCUC subproblems of large areas. Numerical cases illustrate effectiveness of the proposed asynchronous fully-distributed NCUC approach, and investigate key factors that would affect its convergence performance.

研究の動機と目的

• 中央集権的な多領域NCUCの限界を克服し、データ非公開を保証する分散型協調手法を提供すること。
• 従来のADMMを用いた非凸NCUC問題における収束性の問題を克服すること。
• グローバルなコンSENSUS変数への依存を軽減し、領域固有の協調によりスケーラビリティを向上させること。
• 高速な部分問題の更新を優先することで収束を加速する非同期戦略を開発すること。

提案手法

• 多領域NCUC問題を局所的サブプロブレムに分解するため、コンセンサスベースのADMMフレームワークを採用する。
• グローバルコンセンサス変数の数を最小限に抑えるために、tie-lineの潮流を協調変数として用いる。
• 各コンセンサス変数ごとに動的に更新される適応的罰則パラメータを導入し、初期値への感受性を低減する。
• 反復処理中に特定のユニットコミットメント変数をヒューリスティックに固定することで、振動を抑制する。
• 非同期更新戦略により、小規模領域のサブプロブレムが大規模領域のサブプロブレムサイクルごとに複数回反復可能となる。
• 領域間で交換される情報は、tie-line潮流や双対変数など限定的なものにとどめ、データプライバシーを確保する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 すべての領域からの完全なデータアクセスを必要とせずに、多領域NCUCを完全に分散型で解く方法は何か？
• RQ2 ADMMを用いた非凸NCUC問題において、収束性を向上させ、振動を低減する戦略は何か？
• RQ3 適応的罰則パラメータの調整が、分散型NCUCにおける収束性能に与える影響は何か？
• RQ4 非同期的サブプロブレム更新は、計算効率および収束性をどの程度向上させるか？
• RQ5 tie-line潮流は、グローバルコンセンサス変数の数を削減するために果たす役割は何か？

主な発見

• 提案手法は、非凸性が存在する状況においても妥当解への収束を達成し、標準ADMMを上回る性能を示す。
• 適応的罰則パラメータの更新により、初期値への感受性が顕著に低減され、ロバスト性が向上する。
• tie-lineに基づく協調制御により、グローバルコンセンサス変数の数が削減され、スケーラビリティが向上する。
• ユニットコミットメント変数のヒューリスティック固定により、反復更新中の振動が効果的に抑制される。
• 非同期戦略により、高速なサブプロブレムが独立して進行でき、収束が加速される。
• 数値的実験により、本手法の有効性が確認され、罰則パラメータの適応的調整と協調戦略が収束性能の鍵を握ることが明らかになった。