[論文レビュー] Dispatchable Region for Active Distribution Networks Using Approximate Second-Order Cone Relaxation

Zhigang Li, Wenjing Huang+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 1, 2021

Optimal Power Flow Distribution被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、AC潮流方程式の近似2次錐緩和を用いて、能動的配電系統におけるディスpatch可能な領域フレームワークを凸最適化に基づき提案する。AC潮流を2次錐緩和により再定式化し、それを多面体で近似することで、計算的に効率的かつ高精度に再生可能エネルギー統合容量を評価可能となる。本手法は、さまざまな規模のシステムで検証され、高い精度と短い解法時間を達成した。

ABSTRACT

Uncertainty in distributed renewable generation threatens the security of power distribution systems. The concept of the dispatchable region was developed to assess the ability of power systems to accommodate renewable generation at a given operating point. Although DC and linearized AC power flow equations are typically used to model dispatchable regions for transmission systems, these equations are rarely suitable for distribution networks. To achieve a suitable trade-off between accuracy and efficiency, this paper proposes a dispatchable region formulation for distribution networks using tight convex relaxation. Second-order cone relaxation is adopted to reformulate the AC power flow equations, which are then approximated by a polyhedron to improve tractability. Further, an efficient adaptive constraint generation algorithm is employed to construct the proposed dispatchable region. Case studies on distribution systems of various scales validate the computational efficiency and accuracy of the proposed method.

研究の動機と目的

• 不確実性を伴う能動的配電系統における再生可能エネルギー統合容量の評価という課題に対処すること。
• 計算的に効率的かつ高精度な方法を用いて、配電系統におけるディスパッチ可能な領域を特定すること。
• 配電系統におけるDCモデルおよび線形化ACモデルの限界を、凸緩和技術を用いて克服すること。
• 2次錐緩和の多面体近似を通じて、取り扱いやすさを保ちながら高い精度を維持すること。
• さまざまなサイズの配電系統に対して、計算効率および解法精度の観点から、本手法を検証すること。

提案手法

• 本稿では、配電系統における非凸なAC潮流方程式を凸化するために、2次錐緩和（SOCP）を用いる。
• 得られた緩和されたSOCP定式化を、計算の取り扱いやすさを向上させるために多面体で近似する。
• 逐次的にディスパッチ可能な領域の表現を精緻化するため、適応的制約生成アルゴリズムを用いる。
• 高精度と計算効率のバランスを取るために、きつい凸緩和を活用する。
• 高密度な分散型再生可能エネルギー源を有する配電系統に対してもスケーラブルかつ適用可能であるように定式化されている。
• 性能評価のため、さまざまなサイズのテストシステムに本手法を実装・検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高再生可能エネルギー統合率を有する能動的配電系統において、ディスパッチ可能な領域を高精度かつ効率的に特定する方法は何か？
• RQ2 配電系統のディスパッチ可能な領域に2次錐緩和を用いる際の、精度と計算効率のトレードオフは何か？
• RQ3 SOCP緩和の多面体近似は、取り扱いやすさを向上させつつ、解の精度を維持できるか？
• RQ4 本手法は、従来のDCモデルおよび線形化ACモデルと比較して、精度および計算速度の面で優れているか？
• RQ5 本手法のディスパッチ可能な領域フレームワークは、さまざまなサイズの配電系統にスケーラブルか？

主な発見

• 提案手法は、ディスパッチ可能な領域の特定において高い精度を達成しており、真のAC潮流結果に近い解の品質を示した。
• 多面体近似の導入により、解の忠実性を損なわずに計算の取り扱いやすさが顕著に向上した。
• 適応的制約生成アルゴリズムにより、ディスパッチ可能な領域のタイトな表現への収束が効率的に実現された。
• さまざまな規模の配電系統における事例研究から、本手法の計算効率およびスケーラビリティが確認された。
• 本手法は、配電系統応用において、従来のDCモデルおよび線形化ACモデルを上回る精度を示した。
• 本フレームワークは、能動的配電系統における再生可能エネルギーの受入容量を評価するための信頼できるツールであると検証された。