[論文レビュー] Particle Swarm Optimization Based Reactive Power Optimization

P. R. Sujin, Tapan Prakash+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 20, 2010

Electric Power System OptimizationEngineering参考文献 5被引用数 16

ひとこと要約

本稿では、送電損失の低減を通じて、送電系統における総支援コストを最小化することを目的とした、粒子群最適化（PSO）に基づく無効電力配分手法を提案する。この手法は、無効最適潮流（ROPF）を制約付き非線形最適化問題として定式化し、IEEE-14母線系統を用いて有効性を検証した。その結果、コスト効率と電圧安定性の両方が向上したことが示された。

ABSTRACT

Reactive power plays an important role in supporting the real power transfer by maintaining voltage stability and system reliability. It is a critical element for a transmission operator to ensure the reliability of an electric system while minimizing the cost associated with it. The traditional objectives of reactive power dispatch are focused on the technical side of reactive support such as minimization of transmission losses. Reactive power cost compensation to a generator is based on the incurred cost of its reactive power contribution less the cost of its obligation to support the active power delivery. In this paper an efficient Particle Swarm Optimization (PSO) based reactive power optimization approach is presented. The optimal reactive power dispatch problem is a nonlinear optimization problem with several constraints. The objective of the proposed PSO is to minimize the total support cost from generators and reactive compensators. It is achieved by maintaining the whole system power loss as minimum thereby reducing cost allocation. The purpose of reactive power dispatch is to determine the proper amount and location of reactive support. Reactive Optimal Power Flow (ROPF) formulation is developed as an analysis tool and the validity of proposed method is examined using an IEEE-14 bus system.

研究の動機と目的

• 送電系統における電圧安定性を維持しつつ、無効電力支援コストを最小化する課題に対処すること。
• 技術的および経済的目標をバランスさせる効率的な最適化手法を、無効電力配分に開発すること。
• 総合的な無効電力コスト配分を低減するための主要要因である系統送電損失を低減すること。
• 最適な無効電力配分を通じて、送電網の信頼性と運用効率を向上させること。
• 標準的なテストシステム（IEEE-14母線）を用いて、提案されたPSOに基づく手法の有効性を検証し、実世界への適用可能性を確認すること。

提案手法

• 総支援コストを最小化することを目的として、最適な無効電力配分問題を非線形かつ制約付き最適化問題として定式化する。
• 粒子群最適化（PSO）を用いて非線形最適化問題を解き、複雑で非凸なシステムに対してもグローバル探索能力を活用する。
• 系統制約と潮流方程式をモデル化するため、解析的フレームワークとして無効最適潮流（ROPF）を統合する。
• PSOを用いて、発電機励磁および無効電力補償装置の最適設定を決定し、損失とコストを最小化する。
• 電圧制限、線路潮流制限、無効電力能力制限を満たすために、制約処理技術を実装する。
• システム損失と無効電力支援コストを組み合わせたフィットネス関数を用いて、PSOの探索をコスト効率の高い解へ誘導する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 粒子群最適化（PSO）は、制約付き送電系統において、総無効電力支援コストをどのように効果的に最小化できるか？
• RQ2 従来手法と比較して、PSOに基づく手法は送電損失をどの程度低減できるか？
• RQ3 提案手法は、IEEE-14母線系統全体にわたり、無効電力配分の最適化を実施しながらも、電圧安定性を維持できるか？
• RQ4 従来の最適化手法と比較して、PSOに基づくROPF定式化は収束性および解の品質においてどの程度優れているか？
• RQ5 最適な無効電力配分は、発電機と無効電力補償装置間のコスト配分にどのような影響を及えるか？

主な発見

• PSOに基づく手法は、系統送電損失の低減を通じて、総無効電力支援コストを効果的に最小化した。
• シミュレーションにおいて、IEEE-14母線系統の全母線で、より良好な電圧プロファイル安定性が達成された。
• 提案されたPSOアルゴリズムは、妥当な反復回数内で近似的最適解に収束し、計算効率が優れていることが示された。
• ROPF定式化は、電圧制限および無効電力制限を含む、系統制約を効果的に組み込むことができた。
• 有効電力損失が明確に低減され、無効電力支援のコスト配分が直接的に低減された。
• 結果から、PSOは、送電系統における複雑で非線形な無効電力最適化問題を解くために実用的かつ効果的なメタヒューリスティックであることが確認された。