[論文レビュー] Reducing the Candidate Line List for Practical Integration of Switching into Power System Operation

Mohammad Majidi-Qadikolai, Ross Baldick|arXiv (Cornell University)|Jul 14, 2015

Power System Reliability and Maintenance参考文献 17被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、送電系統の遮断器切り替えにおける候補線路リストの削減を目的としたヒューリスティック手法を提案する。これにより、運用コストの削減を維持したまま計算時間を著しく短縮できる。ネットワーク状態に応じて監視対象および切り替え可能線路を動的に更新することで、テストケースにおいてシミュレーション時間を129倍以上短縮し、切り替え回数も80%削減した。これにより、顕著な経済的利点を損なわず、遮断器切り替えを実時間で実用的に統合することが可能になった。

ABSTRACT

Optimized operation of the transmission network is one solution to supply extra demand by more efficient use of transmission facilities, and line switching is one main tool to achieve this goal. In this paper, we add extra constraints to OPF formulation to limit the maximum number of switching operations in every hour based on network conditions, and add switching cost in the objective function to represent extra maintenance cost as a result of frequent switching. We also propose an algorithm to remove less important lines for switching in different loading conditions, so OPF with transmission switching will be solved faster for real-time operation. It is applied to a case study with several operation hours.

研究の動機と目的

• 保護システムの制約および保守コストのため、実時間の送電系統運用において頻繁な切り替えが現実的でないことを解決すること。
• 大規模系統における遮断器切り替え最適化の計算負荷を、候補線路リストの制限によって軽減すること。
• 時間変動する制約とヒューリスティックな線路選択を用いて、切り替えの経済的利点を維持しながら切り替え回数を最小限に抑えること。
• 遮断器切り替え頻度とコストをOPF定式化に統合することで、遮断器切り替えの実用的かつ実時間での導入を可能にすること。
• 現実的な系統条件下での遮断器切り替え計画において、最適性と計算効率のトレードオフを評価すること。

提案手法

• 系統負荷状態に応じて、1時間あたりの切り替え回数の最大値を制限する追加制約を導入する。
• 目的関数に1回の切り替えごとのコストを組み込み、頻繁な切り替えをペナルティ化し、保守コストを反映する。
• 電力転送分布係数（PTDF）および線路潮流感度に基づいて、重要度の低い線路を特定・除外することで、縮小された候補線路リスト（SLL）を生成する動的ヒューリスティックを提案する。
• 時間変動する監視線路リスト（MLL）を用いて、異なる負荷状態下での系統の安全性および混雑状態に関連する最も重要な線路に焦点を当てる。
• 各時間区間において、候補セットを更新するセキュリティ制約付き最適潮流（OPF）フレームワーク内で本手法を適用する。
• 2段階の手法を採用する：まず、すべての線路を含む完全問題を解き、次に、縮小されたSLLを用いて再計算することで、最適性の損失を最小限に抑えつつ高速な計算を実現する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 運用コストの削減を著しく損なわず、遮断器切り替えの回数を削減することは可能か？
• RQ2 計算効率を向上させるために、実時間遮断器切り替えにおいて動的候補線路リストをどのように生成できるか？
• RQ3 遮断器切り替え最適化において、縮小された線路リストを用いる場合の、解の最適性と計算時間のトレードオフはいかほどか？
• RQ4 複数時間スケジューリングフレームワークにおいて、コストモデリングと運用制約を用いて、切り替え頻度をどの程度制御できるか？
• RQ5 提案手法は、大規模送電系統において実用的かつ実時間での遮断器切り替えの導入を可能にするか？

主な発見

• 13バス系統では、提案手法によりシミュレーション時間を271.67秒から2.1秒に短縮（129倍の改善）、切り替え回数も80%削減した。
• 最適解と比較して0.0118%の追加運用コストにとどまり、合計切り替えイベントは144%削減された。
• 縮小されたERCOT系統では、シミュレーション時間が2日以上から33分に短縮され、切り替え回数は308回から23回へ1239%の削減（1239%減少）を達成した。
• 3%のネット運用コスト削減（5.1%の削減から制約による2.1%の追加コストを差し引いたもの）を維持しており、強力な経済的妥当性を示した。
• 更新された切り替え線路リスト（SLLu）のサイズは時間帯ごとに動的に変化し、ERCOTケースでは427本から最低63本まで減少し、問題サイズを顕著に縮小した。
• 時間変動するMLLおよびSLLの使用により、非重要線路の効果的な除外が可能となり、小規模および大規模両方の系統で有効であることが実証された。