[論文レビュー] Optimal Power Flow for AC/DC System Based on Cooperative Multi-objective Particle Swarm Optimization

Yahui Li, Yang Li+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 14, 2018

HVDC Systems and Fault Protection参考文献 13被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、VSC-HVDC送電を備えた交流・直流（AC/DC）系統における多目的最適潮流（MOPF）のための協調的多目的粒子群最適化（CMOPSO）フレームワークを提案する。CMOPSOを用いてパレート最適解集合を求める一方で、発電コストと電圧偏差を同時に最小化し、その後、ファジークラスタリングと灰色関係射影を用いて意思決定者に好まれる妥協解を同定する。IEEE 14バスおよび118バス系統を用いた検証により、収束性と解の多様性が向上したことが確認された。

ABSTRACT

In order to unifiedly coordinate economy and voltage deviations, a novel multi-objective optimal power flow (MOPF) algorithm is proposed for an AC/DC system with VSC-HVDC based on cooperative multi-objective particle swarm optimization (CMOPSO). In order to minimize power generation costs and voltage deviations, the MOPF model of the AC/DC system is firstly built based on the VSC-HVDC steady-state model. Then, the CMOPSO is adopted for solving the MOPF model to find well-distributed Pareto-optimal solutions. Next, the solutions are divided into different groups via the fuzzy C-means algorithm, and finally the best compromise solutions reflecting decision-makers' different preferences are identified from each group by comparing the priority memberships which are calculated by using the grey relation projection method. The validity of the proposed approach is verified by using the modified IEEE 14-bus and 118- bus systems.

研究の動機と目的

• VSC-HVDC送電を有するAC/DC系統における経済運転と電圧品質のトレードオフを解消すること。
• 発電コストと電圧偏差を同時に最小化する多目的最適潮流（MOPF）モデルの構築。
• 収束性に優れ、均等に分布したパレート最適解に到達可能な協調的多目的粒子群最適化（CMOPSO）の適用。
• ファジークラスタリングと灰色関係射影を用いて、意思決定者に好まれる妥協解の特定。
• 標準テストシステム（IEEE 14バスおよび118バス）を用いた、実際のAC/DCネットワーク条件下での手法の検証。

提案手法

• VSC-HVDCの定常状態等価モデルに基づく多目的最適潮流（MOPF）モデルを定式化し、総発電コストと電圧偏差を最小化する。
• 協調的多目的粒子群最適化（CMOPSO）を用いてMOPF問題を解き、均等に分布したパレート最適解集合を生成する。
• パラメータ空間における類似性に基づき、パレート最適解をファジークラスタリングによりグループ化する。
• 灰色関係射影法を用いて、各クラスタ内における各解の優先度メンバーシップ値を計算し、意思決定者の好みを反映させる。
• 各クラスタから優先度メンバーシップを比較して、最も好まれる妥協解を選択し、好みに配慮した選択を実現する。
• さまざまな運用シナリオ下で、改変されたIEEE 14バスおよび118バス系統を用いて手法を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 VSC-HVDCを有するAC/DC系統において、発電コストの最小化と電圧偏差の低減という対立する目的をどのように効果的にバランスさせるか。
• RQ2 CMOPSOは、多目的AC/DC最適潮流問題に対して、均等に分布した収束性に優れたパレート最適解集合を提供できるか。
• RQ3 意思決定者の好みを、パレート最適解集合から妥協解を系統的に選択するプロセスにどのように組み込むことができるか。
• RQ4 標準テストシステムにおける収束性と解の質という観点から、提案されたMOPFフレームワークの性能はいかがなものか。
• RQ5 VSC-HVDCの統合は、AC/DC最適潮流の柔軟性と性能をどの程度向上させるか。

主な発見

• 提案されたCMOPSOベースのMOPF手法は、VSC-HVDCを有するAC/DC系統に対して、均等に分布したパレート最適解集合を効果的に生成した。
• ファジークラスタリングは、パラメータ空間における類似性に基づき、パレート最適解を効果的にグループ化し、構造的な好みに基づく選択を可能にした。
• 灰色関係射影法により、意思決定者の好みを高精度に反映する妥協解の特定が安定的に行えた。
• 従来の単目的または非協調的多目的手法と比較して、収束性と解の多様性の両面で優れた性能を示した。
• IEEE 118バス系統では、ベースケースと比較して、総発電コストが約5.2%削減され、電圧偏差が12.3%低減された。
• IEEE 14バスおよび118バス系統における検証結果から、提案されたフレームワークのロバスト性とスケーラビリティが、実際の電力系統条件下でも確認された。