[論文レビュー] Multi-Period Do-Not-Exceed Limit for Variable Renewable Generation Dispatch Considering Discrete Recourse Controls

Zhigang Li, Feng Qiu+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 16, 2016

Electric Power System Optimization参考文献 3被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、変動型再生可能エネルギー（VRG）のディスpatchに、連続的および離散的 recourse制御を統合した多期間do-not-exceed（DNE）リミットモデルを提案する。解法にはネスト型の列と制約の生成法を用い、ケーススタディを通じて運用効率の向上と再生可能エネルギーの統合率の増加を示し、強健な電力系統スケジューリングにおける有効性を検証した。

ABSTRACT

The do-not-exceed (DNE) limit method was proposed to accommodate more variable renewable generation (VRG) securely. However, the lack of involving discrete recourse control precludes this method from gaining more flexibility for better VRG integration. This letter formulates a multi-period DNE limit model considering continuous and discrete recourse controls. This model belongs to two-stage robust optimization with mixed integer recourse. A nested column-and-constraint generation approach is employed to solve this model. Case studies show the effectiveness of the proposed method.

研究の動機と目的

• 既存のDNE手法が離散的 recourse制御を除外するという制限を是正し、変動型再生可能エネルギー（VRG）の管理における柔軟性を低下させることを防ぐ。
• 多期間フレームワークに混合整数 recourse 動作を組み込むことで、変動型再生可能エネルギー源の安全かつ効率的なディスパッチを可能にする。
• 再生可能エネルギーの不確実性を考慮しつつ運用の安全性を維持する強健最適化モデルを構築する。
• 予測誤差に応じて負荷遮断や貯蔵装置の充放電といった動的制御行動を許容することで、変動型再生可能エネルギーの統合を向上させる。
• 混合整数 recourse を含む複雑な2段階強健最適化問題を計算的に扱える解法アプローチを提供する。

提案手法

• 1段階目の意思決定としてDNEリミットを、2段階目の行動として連続的および離散的制御を含む混合整数 recourse を有する2段階強健最適化モデルを定式化する。
• 有限個のシナリオを用いて変動型再生可能エネルギーの不確実性をモデル化し、予測誤差に対するロバストネスを確保する。
• 最も違反が深刻な制約を繰り返し生成するネスト型列と制約の生成（N-CG）アルゴリズムを用い、DNEリミットを最適化する。
• 負荷カットや貯蔵装置の充電・放電といった離散的制御を recourse 動作に統合し、システムの柔軟性を向上させる。
• 2段階目で混合整数変数を含む強健最適化問題の複雑さを扱うために、バイレベル分解戦略を採用する。
• マスタープロブレムとサブプロブレムを繰り返し解き、列生成により最悪シナリオを特定し、制約生成によりDNEリミットの境界を精緻化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 離散的 recourse 制御を多期間DNEリミットフレームワークに効果的に統合する方法は何か？ これによりVRGディスパッチにおける柔軟性はどのように向上するか？
• RQ2 従来のDNE手法と比較して、混合整数 recourse 動作の導入が運用の安全性と再生可能エネルギー統合能力に与える影響はどの程度か？
• RQ3 提案されたネスト型列と制約の生成アプローチは、混合整数 recourse を含む2段階強健最適化問題を効率的に解けるか？
• RQ4 本手法は、安全なディスパッチの文脈において、再生可能エネルギーの統合度とシステムコストにどのような影響を与えるか？
• RQ5 予測不確実性のレベルや異なる種類の離散的制御行動の変動に伴い、モデルの性能はどのように変化するか？

主な発見

• 提案モデルは、負荷遮断や貯蔵装置の運用といった離散的 recourse 制御をDNEリミットフレームワークに効果的に統合し、ディスパッチの柔軟性を顕著に向上させた。
• ケーススタディでは、離散的制御の導入により、不確実性下でもシステムの安全性を維持しながら、再生可能エネルギーの統合をより高められることを示した。
• ネスト型列と制約の生成アプローチは、複雑な2段階強健最適化問題を効果的に解き、妥当な計算時間内で収束に至った。
• 従来手法と比較して、運用違反のリスクを低減するより保守的だが実行可能なDNEリミットが得られた。
• 特に再生可能エネルギー出力の変動が大きいシナリオにおいて、予測誤差に対するロバストネスが向上した。
• 特に離散的制御が recourse 動作として利用可能な場合、従来のDNE手法と比較して再生可能エネルギーの出力能力をより積極的に活用できるようになった。