[論文レビュー] On PMU Location Selection for Line Outage Detection in Wide-area Transmission Networks

Yue Zhao, Andrea Goldsmith+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 27, 2012

Power System Optimization and Stability参考文献 10被引用数 24

ひとこと要約

本稿では、送電網における線路断線の検出のため、電圧位相角シグネチャの間の最小距離を最大化することによって、グローバルに最適なPMU設置場所を特定する分枝限定法を提案する。数値実験の結果、全バスをカバーする場合と同等の断線検出性能を達成するためには、バスの約1/3にPMUを設置すれば十分であり、導入コストを顕著に削減しつつ最適性能を維持できることを示している。

ABSTRACT

The optimal PMU locations to collect voltage phase angle measurements for detecting line outages in wide-area transmission networks are investigated. The problem is established as one of maximizing the minimum distance among the voltage phase angle signatures of the outages, which can be equivalently formulated as an integer programming problem. Based on a greedy heuristic and a linear programming relaxation, a branch and bound algorithm is proposed to find the globally optimal PMU locations. Using this algorithm, the optimal tradeoff between the number of PMUs and the outage detection performance is characterized for IEEE 14, 24 and 30 bus systems. The algorithm is shown to find the globally optimal PMU locations in a small number of iterations. It is observed that it is sufficient to have roughly one third of the buses providing PMU measurements in order to achieve the same outage detection performance as with all the buses providing PMU measurements.

研究の動機と目的

• 広域送電網におけるリアルタイムの線路断線検出のための最適PMU設置場所の選定という課題に対処すること。
• 実用的制約下でのPMU数と断線検出性能のトレードオフを特定すること。
• 断線シグネチャの最大分離性を保証するグローバルに最適なPMU設置場所選定手法の開発。
• 全PMU設置と同等の性能を達成するため、バスの数の約1/3のPMU設置で十分であることを実証すること。

提案手法

• 異なる線路断線の電圧位相角シグネチャ間の最小距離を最大化する形で、PMU設置場所選定問題を定式化する。
• 正確な最適化を可能にするために、整数プログラミング（IP）定式化として問題をモデル化する。
• 最適解の下界を求めるためにグリーディーヒューリスティクスを用いる。
• 最適解の上界を計算するために線形計画法緩和を適用する。
• PMU設置場所を段階的に固定し、ヒューリスティクスと緩和法を用いて境界を更新する分枝限定アルゴリズムを開発する。
• 複数の代表的な系統運転状態と負荷注入プロファイルを考慮することで、非適応的PMU選定へのフレームワークの拡張を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 送電網において、PMU数と断線シグネチャ間の最小分離距離の最適トレードオフは何か？
• RQ2 線路断線検出のためのグローバルに最適なPMU設置配置を、効率的に計算できるか？
• RQ3 バス総数に比べて著しく少ないPMU設置で、ほぼ完全な可観測性性能を達成できるか？
• RQ4 標準テスト系統において、提案手法の性能はヒューリスティクス的または部分最適な手法と比較してどう異なるか？
• RQ5 提案フレームワークは、異なる系統運転状態下での非適応的PMU設置に拡張可能か？

主な発見

• 提案された分枝限定アルゴリズムは、最大19回の反復でグローバルに最適なPMU設置場所を特定でき、多くの場合ははるかに少ないステップで収束する。
• IEEE 14、24、30バス系統において、最適PMU配置は全バスにPMUを設置した場合と同等の断線シグネチャ間最小距離を達成する。
• 全バスカバーと同等の断線検出性能を達成するためには、バスの約1/3にPMUを設置すれば十分である。
• グリーディーヒューリスティクスは信頼性の高い下界を提供し、LP緩和はきめ細かい上界を提供することで、効率的な収束を可能にする。
• 最大最小距離基準は断線シグネチャの分離性を効果的に捉え、頑健なPMU設置意思決定を可能にする。
• 複数の代表的運転状態と負荷注入プロファイルを統合することで、非適応的状況への一般化が良好に実現される。