[論文レビュー] Enforcing Radiality Constraints for DER-Aided Power Distribution Grid Reconfiguration

Manish K. Singh, Vassilis Kekatos+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 7, 2019

Optimal Power Flow Distribution参考文献 29被引用数 11

ひとこと要約

本稿では、リモート制御可能スイッチ、電圧調整器、およびIEEE 1547.8準拠のDERを活用した、径路型配電網再構成の包括的最適化ツールボックスを提案する。正確に正しい径路性を保証する定式化を導入し、実世界のデータを用いて、最適なネットワークトポロジーが1日を通じて変化すること、特に急速なネットロード変化が生じる時期にはDERと調整器の協調制御が不可欠であることを示している。

ABSTRACT

Operators can now remotely control switches and update the control settings for voltage regulators and distributed energy resources (DERs), thus unleashing the network reconfiguration opportunities to improve efficiency. Aligned to this direction, this work puts forth a comprehensive toolbox of optimization models leveraging the control capabilities of smart grid assets. We put forth detailed yet practical models to capture the operation of locally and remotely controlled regulators, and customize the watt-var DER control curves complying with the IEEE 1547.8 mandates. Maintaining radiality is a key requirement germane to various feeder optimization tasks. This requirement is accomplished here through an intuitive and provably correct formulation. The developed toolbox is put into action to reconfigure a grid for minimizing losses using real-world data on a benchmark feeder. The results corroborate that optimal topologies vary across the day and coordinating DERs and regulators is critical during periods of steep net load changes.

研究の動機と目的

• リモート制御可能なスイッチ、調整器、およびDERを活用した実用的な最適化フレームワークの開発。
• 新規の正確に正しい定式化により、径路型ネットワークトポロジーの維持を保証すること。
• DERのワット・バール制御曲線をIEEE 1547.8基準に準拠する形でモデル化し、最適な協調制御を可能にすること。
• 実世界の分岐線データを用いて、DERと調整器の協調制御が損失低減に与える影響を評価すること。

提案手法

• 単一の電源とループの存在を防ぐ制約条件の集合により、径路性を保証する混合整数最適化モデルを構築する。
• 電圧調整器のローカルおよびリモート制御を詳細な運用制約とともにモデル化する。
• DERの無効電力出力曲線をIEEE 1547.8基準に準拠する形にカスタマイズする。
• DER制御曲線を最適化フレームワークに統合し、電圧および損失管理の協調制御を可能にする。
• ベンチマーク配電分岐線における実世界の負荷および発電データを用いて、モデルのシミュレーションと評価を実施する。
• 時間的系列最適化アプローチを採用し、異なる負荷状態におけるトポロジー変化を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして、正確に正しいかつ計算的に実行可能な方法で、配電網再構成モデルにおける径路性を保証できるか？
• RQ2 DERと調整器の協調制御が、配電網損失低減に与える影響は何か？
• RQ3 動的なネットロード変化下で、最適なネットワークトポロジーは1日を通じてどのように変化するか？
• RQ4 IEEE 1547.8準拠のDER制御曲線は、再構成戦略のパフォーマンスにどの程度影響を与えるか？

主な発見

• 損失最小化のための最適なネットワークトポロジーは、1日を通じて動的に変化し、特に急激なネットロード変化が生じる時期に顕著である。
• DERと電圧調整器の協調制御は、個別に制御する戦略に比べ、損失低減効果が顕著に向上する。
• 提案された径路性保証定式化は、径路性を保証するとともに、計算的に効率的であり、大規模な最適化フレームワークへの統合も可能である。
• IEEE 1547.8準拠のDER制御曲線の使用により、最適化モデル内での実用的かつ標準化された無効電力支援が可能になる。
• ベンチマーク分岐線における実世界データから、スイッチ、調整器、DERの協調制御が顕著な損失低減をもたらすことが確認された。
• 結果として、静的再構成戦略では不十分であり、最適なパフォーマンスを得るためには動的かつ協調的な制御が不可欠であることが示された。