[論文レビュー] Regression-based Inverter Control for Decentralized Optimal Power Flow and Voltage Regulation

Oscar Sondermeijer, Roel Dobbe+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2019

Optimal Power Flow Distribution参考文献 3被引用数 33

ひとこと要約

本論文はデータ駆動の完全分散型手法を提示する。回帰を用いて局所のインバータ測定を近似最適なリアクティブ電力注入へマッピングし、リアルタイム通信なしでほぼ最適なOPF風性能を達成する。既存機器との協調を示し、電圧を平準化し損失を低減する可能性を示す。

ABSTRACT

Electronic power inverters are capable of quickly delivering reactive power to maintain customer voltages within operating tolerances and to reduce system losses in distribution grids. This paper proposes a systematic and data-driven approach to determine reactive power inverter output as a function of local measurements in a manner that obtains near optimal results. First, we use a network model and historic load and generation data and do optimal power flow to compute globally optimal reactive power injections for all controllable inverters in the network. Subsequently, we use regression to find a function for each inverter that maps its local historical data to an approximation of its optimal reactive power injection. The resulting functions then serve as decentralized controllers in the participating inverters to predict the optimal injection based on a new local measurements. The method achieves near-optimal results when performing voltage- and capacity-constrained loss minimization and voltage flattening, and allows for an efficient volt-VAR optimization (VVO) scheme in which legacy control equipment collaborates with existing inverters to facilitate safe operation of distribution networks with higher levels of distributed generation.

研究の動機と目的

• 分布網における高い分散発電を背景とした電圧規制の課題を動機づける。
• ローカルデータを用いてほぼ最適なインバータのリアクティブ注入を算出する分散制御フレームワークを提案する。
• オフラインOPFと回帰を活用してリアルタイム通信なしで局所コントローラを設計する。
• LTCやキャパシタ銀行などのレガシーデバイスとの協調可能性を示し、性能を評価する。
• 現実的なフィーダを用いたケーススタディを示し、近似最適性と協調能力を検証する。

提案手法

• N個の過去シナリオに対して convex OPF による全インバータのグローバル最適リアクティブ注入を計算する。
• 各インバータについて、局所測定をその最適なリアクティブ注入へ写像する複数線形回帰を適合させる。
• 予測精度を最大化する局所変数と相互作用を選択するステップワイズ選択を用いる。
• 得られた回帰モデルを局所測定のみを用いる分散型コントローラとして実装する。
• シミュレーションで3つのベースライン（VARなし、定功率因子運用、回帰ベース制御）と比較して性能を評価する。
• 変電所のLTCと協調して電圧を平坦化しつつ全体の電圧を安全に低減できる可能性を示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 回帰ベースの局所コントローラは中央集権的OPFから得られる近似最適なリアクティブ注入を再現できるか？
• RQ2 さまざまな負荷・発電シナリオを横断して最適なインバータ注入を予測する回帰モデルの精度はどの程度か？
• RQ3 リアルタイム通信なしで、分散型コントローラは制約内の電圧を維持し、損失を低減できるか？
• RQ4 回帰ベースのインバータ制御を用いたとき、変電所のLTCとの協調は電圧と損失にどのような影響を与えるか？

主な発見

• 回帰ベースのアプローチは最適値に近い目的値を示し、最大偏差は1.6%、平均偏差は0.15%である。
• アプローチc（回帰ベース制御）は、テスト期間を通じて無VARまたは定功率因子運用よりも性能が向上する。
• 回帰ベースの手法は送電所無停電域の無効電力注入を大幅に削減し、PVインバータから局所的にリアクティブを供給し送電所PFを改善している。
• 回帰ベース制御下のフィーダ全体の電圧は名目値付近を維持し、ベースラインと比較して電圧変動が抑制される。
• LTCとの協調は全体のフィーダ電圧をさらに低減しつつ電圧安定性と損失削減を保つ可能性がある。
• インバータAとBは予測特徴が異なることを示しており、インバータ固有の回帰モデルが必要であることを示している。