[논문 리뷰] Enforcing Radiality Constraints for DER-Aided Power Distribution Grid Reconfiguration

Manish K. Singh, Vassilis Kekatos외 3명|arXiv (Cornell University)|2019. 10. 07.

Optimal Power Flow Distribution참고 문헌 29인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 스마트 그라이드 자산인 원격 제어 스위치, 전압 조절기, IEEE 1547.8 준수 DER을 활용한 반경 분포계통 재구성 전용 종합 최적화 툴박스를 제안한다. 증명 가능하게 정확한 반경성 강제 수식을 도입하고, 실제 데이터를 통해 하루 동안 네트워크 최적 구조가 변화하며, 급격한 순수하중 변화가 발생하는 기간에는 DER 및 조절기 제어의 조율이 필수적임을 입증한다.

ABSTRACT

Operators can now remotely control switches and update the control settings for voltage regulators and distributed energy resources (DERs), thus unleashing the network reconfiguration opportunities to improve efficiency. Aligned to this direction, this work puts forth a comprehensive toolbox of optimization models leveraging the control capabilities of smart grid assets. We put forth detailed yet practical models to capture the operation of locally and remotely controlled regulators, and customize the watt-var DER control curves complying with the IEEE 1547.8 mandates. Maintaining radiality is a key requirement germane to various feeder optimization tasks. This requirement is accomplished here through an intuitive and provably correct formulation. The developed toolbox is put into action to reconfigure a grid for minimizing losses using real-world data on a benchmark feeder. The results corroborate that optimal topologies vary across the day and coordinating DERs and regulators is critical during periods of steep net load changes.

연구 동기 및 목표

• 스위치, 조절기, DER의 원격 제어를 활용한 실용적인 최적화 프레임워크 개발
• 새로운 증명 가능하게 정확한 수식을 통해 반경 네트워크 구조 유지 보장
• DER의 IEEE 1547.8 준수 웻트-바르 제어 곡선을 최적의 조율을 지원할 수 있도록 모델링
• 실제 피더 데이터를 활용해 DER 및 조절기 제어의 조율이 손실 감소에 미치는 영향 평가

제안 방법

• 단일 원천 확보 및 고리 구조 방지를 위한 제약 조건 집합을 통한 반경성 강제를 구현한 혼합정수계획모형 제시
• 전압 조절기의 현지 및 원격 제어를 상세한 운영 제약 조건과 함께 모델링
• IEEE 1547.8 기준에 부합하는 DER 무공력 출력 곡선을 맞춤 설정하여 전압 보조 기능 지원
• DER 제어 곡선을 최적화 프레임워크에 통합하여 전압 및 손실 관리의 조율 가능화
• 기준 분포피더에서의 실제 부하 및 발전 데이터를 활용해 모델 시뮬레이션 및 평가 수행
• 시간에 따른 다양한 부하 조건을 분석하기 위해 시계열 최적화 접근법 적용

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 하면 반경 분포계통 재구성 모델에서 증명 가능하게 정확하고 계산적으로 실현 가능한 방식으로 반경성을 강제할 수 있는가?
• RQ2 DER 및 조절기 제어의 조율이 분포계통 손실 감소에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 동적인 순수하중 조건 하에서 하루 동안 최적의 네트워크 구조는 어떻게 변화하는가?
• RQ4 IEEE 1547.8 준수 DER 제어 곡선은 재구성 전략의 성능에 어느 정도 영향을 미치는가?

주요 결과

• 손실 최소화를 위한 최적의 네트워크 구조는 하루 동안 동적으로 변화하며, 특히 순수하중 변화가 급격한 기간에 두드러진다.
• DER 및 전압 조절기 제어의 조율은 별도의 제어 전략에 비해 손실 감소를 크게 향상시킨다.
• 제안된 반경성 강제 수식은 반경성을 보장하면서도 계산적으로 효율적이며, 더 큰 최적화 프레임워크에 쉽게 통합 가능하다.
• IEEE 1547.8 준수 DER 제어 곡선의 사용은 최적화 모델 내에서 실용적이고 표준화된 무공력 보조를 가능하게 한다.
• 기준 피더에서의 실제 데이터는 스위치, 조절기, DER의 조율 제어가 측정 가능한 손실 감소를 이끌어낸다는 것을 확인한다.
• 결과는 정적 재구성 전략은 부족하며, 최적 성능을 위해서는 동적이고 조율된 제어가 필수적임을 입증한다.