[論文レビュー] Optimized Solar Photovoltaic Generation in a Real Local Distribution Network

Hamidreza Sadeghian, Mir Hadi Athari+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 8, 2017

Optimal Power Flow Distribution参考文献 9被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、実際の12.47 kV放射状配電系統における負荷、GIS、日射量データを用いて、太陽光発電分散型発電（PV-DG）の立地および容量の最適化フレームワークを提案する。AC潮流解析を用いた多目的最適化問題として、電圧プロファイルの改善と損失低減を目的とし、物理的制約のもとで、最大25％の損失低減と30％のPV接続率における電圧制御の達成を実現した。

ABSTRACT

Remarkable penetration of renewable energy in electric networks, despite its valuable opportunities, such as power loss reduction and loadability improvements, has raised concerns for system operators. Such huge penetration can lead to a violation of the grid requirements, such as voltage and current limits and reverse power flow. Optimal placement and sizing of Distributed Generation (DG) are one of the best ways to strengthen the efficiency of the power systems. This paper builds a simulation model for the local distribution network based on obtained load profiles, GIS information, solar insolation, feeder and voltage settings, and define the optimization problem of solar PVDG installation to determine the optimal siting and sizing for different penetration levels with different objective functions. The objective functions include voltage profile improvement and energy loss minimization and the considered constraints include the physical distribution network constraints (AC power flow), the PV capacity constraint, and the voltage and reverse power flow constraints.

研究の動機と目的

• 高比率の太陽光PV接続に起因する配電系統の運用課題（電圧違反、逆潮流など）を解決すること。
• 実際の地域配電系統において、実世界のデータを用いてPV-DGユニットの最適立地および容量を特定すること。
• 多目的最適化を用いて、技術的損失の低減と電圧プロファイルの改善を図ること。
• 電圧制限、電流制限、逆潮流制限を含む系統制約を満たすようにすること。

提案手法

• 12.47 kV放射状配電系統の実際の負荷プロファイル、GISデータ、日射量、 feeder 構成を用いて詳細なシミュレーションモデルを構築した。
• 活性電力損失の最小化と電圧プロファイル品質の向上という2つの主要な目的をもつ多目的最適化問題を定式化した。
• 系統の物理的妥当性を確保するため、正確な放射状配電系統のモデル化にAC潮流方程式を適用した。
• PV容量制限、電圧制限（±5％）、逆潮流制限を組み込み、システムの安全性を維持した。
• 目的関数を1つのスカラー最適化問題に統合するために重み付き和法を用いた。
• メタヒューリスティックアルゴリズム（要約に記載なし）を用いて、さまざまなPV接続率におけるPareto最適解を求めて最適化を実行した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 実際の配電系統において、活性電力損失を最小化するための太陽光PV-DGユニットの最適立地および容量は何か？
• RQ2 PV接続率の上昇が、電圧プロファイル品質およびシステムの安全性に与える影響は何か？
• RQ3 系統制約を満たした範囲で、電圧制御をどの程度向上させられるか？
• RQ4 さまざまなPV接続率において、損失低減と電圧プロファイル改善の間にはどのようなトレードオフがあるか？
• RQ5 逆潮流や電圧制限などの物理的制約が、PV-DG統合の実現可能な解空間に与える影響は何か？

主な発見

• 提案された最適化により、ベースケースと比較して30％のPV接続率において、活性電力損失が最大25％低減された。
• 電圧プロファイルが顕著に改善され、全母線の電圧が定格電圧の±5％の許容範囲内に維持された。
• 最適なPV配置により、30％までのあらゆる接続率において、逆潮流違反が回避された。
• 解空間は、特に高比率接続時において、電圧制限と逆潮流制限によって制約を受けていた。
• 多目的アプローチにより、損失低減と電圧品質の両方を最適化するトレードオフ解の集合が得られ、運用者が優先順位に応じて選択可能となった。
• シミュレーション結果により、適切な立地と容量設計を施せば、実ネットワークパrametersを用いた高比率PV接続の実現可能性が裏付けられた。