[論文レビュー] Network-Constrained Transactive Control for Multi- Microgrids-based Distribution Networks with SOPs

Xiaodong Yang, Zehao Song+6 more|arXiv (Cornell University)|Nov 6, 2020

Microgrid Control and Optimization参考文献 32被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、トランザクティブエネルギー市場とソフトオープンポイント（SOP）に基づく潮流制御を統合することで、経済効率性とシステムセキュリティを共同で最適化する、マルチマイクログリッド配電網におけるネットワーク制約付きトランザクティブ制御（NTC）フレームワークを提案する。この手法は動的二時刻スケールモデルを用い、KKT条件および緩和を用いて二段階ゲームを単一レベルの混合整数二次錐計画問題（MISOCP）に再定式化することで、計算効率を著しく向上させるとともに、予測誤差の変動に応じた不確実性の緩和、電圧プロファイルの向上、コスト削減を効果的に行う。

ABSTRACT

Different from most transactive control studies only focusing on economic aspect, this paper develops a novel network-constrained transactive control (NTC) framework that can address both economic and secure issues for a multi-microgrids-based distribution network considering uncertainties. In particular, we innovatively integrate a transactive energy market with the novel power-electronics device (i.e., soft open point) based AC power flow regulation technique to improve economic benefits for individual microgrids and meanwhile ensure the security of the entire distribution network. In this framework, a dynamic two-timescale NTC model consisting of slow-timescale pre-scheduling and real-time scheduling stages is formulated to work against multiple system uncertainties. Moreover, the original bilevel game problems are transformed into single-level mixed-integer second-order cone programming problems through KKT conditions, duality, linearization and relaxation techniques to avoid iterations of transitional methods, so as to improve computational efficiency. Finally, numerical simulations on a modified 33-bus test system with 3 MGs verify the effectiveness of the proposed framework.

研究の動機と目的

• 既存のトランザクティブ制御研究が経済的効率性にのみ焦点を当てており、ネットワーク制約やシステムセキュリティを無視しているというギャップに対処すること。
• 価格信号を通じて配電網運用者（DNO）とマイクログリッド（MG）を統合的に調整する包括的フレームワークを構築し、電圧および線路潮流のセキュリティを確保すること。
• 再生可能エネルギーの高浸透率を持つ配電網におけるアクティブ潮流制御のための制御メカニズムとして、ソフトオープンポイント（SOP）を統合すること。
• 再生可能エネルギー発電および負荷需要の不確実性に対応できる二時刻スケールのトランザクティブ制御モデルを策定すること。
• KKT条件および緩和技術を用いて複雑な二段階ゲームを単一レベルの混合整数二次錐計画問題（MISOCP）に変換することで、計算効率を向上させること。

提案手法

• システムの不確実性を管理するため、ゆっくりとした時定数スケールの事前スケジューリングとリアルタイムスケジューリングを組み合わせた動的二時刻スケールNTCモデルを構築する。
• 経済的および技術的目標をバランスさせるために、トランザクティブエネルギー市場とSOPベースのアクティブ潮流制御を統合する。
• KKT条件、双対性理論、および緩和技術を適用して、二段階最適化問題を単一レベルの混合整数二次錐計画問題（MISOCP）に変換する。
• SOPを柔軟で制御可能なパワーエレクトロニクスデバイスとして活用し、不確実な条件下でも潮流を再構築し、電圧安定性を維持する。
• 実際の配電網のダイナミクスを模擬し、フレームワークの妥当性を検証するため、3つのマイクログリッドを備えた変更版IEEE 33バステストシステムを採用する。
• 予測誤差を扱うレジリエンスを確保するため、不確実性を考慮したレジリエンスオプティマイゼーションアプローチを実装する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マルチマイクログリッド配電網において、経済的およびセキュリティ的制約を同時に満たすために、トランザクティブ制御をどのように拡張できるか。
• RQ2 SOPベースの潮流制御を統合した場合、ネットワーク制約環境下での電圧プロファイルおよび系統損失にどのような影響を与えるか。
• RQ3 予測誤差の変動に応じた再生可能エネルギー発電および負荷需要の不確実性レベルが、提案された二時刻スケールNTCモデルの性能に与える影響は何か。
• RQ4 二段階ゲームを単一レベルのMISOCPに再定式化する手法が、反復的解法と比較して計算効率をどの程度向上させるか。
• RQ5 SOP制御と統合されたトランザクティブエネルギー市場は、非市場型または経済的のみの制御戦略と比較して、コスト、損失、電圧違反の観点でどの程度優れているか。

主な発見

• 提案されたNTC手法は、SOPを導入しないケースと比較して、電圧偏差を64.33%、線路損失を152.49%削減し、SOPがシステムセキュリティの向上において果たす重要な役割を実証した。
• 経済的のみのトランザクティブ制御（ケースI）と比較して、提案手法はわずかな経済的コストのトレードオフを伴いながらも、電圧違反を低減し、電圧プロファイルを改善した。
• 二時刻スケールNTCモデルは、予測誤差の悪影響を効果的に緩和し、高い不確実性レベル（例：0.25/0.2/0.15）下でも性能劣化が限定的であることを示した。
• KKT条件および緩和技術を用いた二段階ゲームの単一レベルMISOCPへの再定式化により、反復的解法を回避し、計算効率を著しく向上させた。
• ケースIV（提案されたNTC）は、予約なしおよび単層モデルを含むすべての比較ケースの中で、総合的な運用コストが最低で、電圧制御が最も優れていた。
• トランザクティブエネルギー価格とSOP制御の統合により、固定価格またはドローピング市場メカニズムと比較して、DNOとMG間での利益配分がより良好に実現された。