[论文解读] Data-Driven Decentralized Optimal Power Flow.

Roel Dobbe, Oscar Sondermeijer+4 more|arXiv (Cornell University)|Jun 14, 2018

Optimal Power Flow Distribution参考文献 32被引用 17

一句话总结

本文提出了一种数据驱动的、去中心化的最优潮流（OPF）方法，使多个分布式能源资源（DERs）能够仅使用本地信息，协作逼近集中式OPF解。通过利用率失真框架，该方法学习本地控制策略，集体实现接近最优的性能，同时满足系统约束，通信需求最小化，并提供一种可扩展的框架，用于识别最优通信拓扑。

ABSTRACT

The implementation of optimal power flow (OPF) methods to perform voltage and power flow regulation in electric networks is generally believed to require communication. We consider distribution systems with multiple controllable Distributed Energy Resources (DERs) and present a data-driven approach to learn control policies for each DER to reconstruct and mimic the solution to a centralized OPF problem from solely locally available information. Collectively, all local controllers closely match the centralized OPF solution, providing near-optimal performance and satisfaction of system constraints. A rate distortion framework facilitates the analysis of how well the resulting fully decentralized control policies are able to reconstruct the OPF solution. Our methodology provides a natural extension to decide what buses a DER should communicate with to improve the reconstruction of its individual policy. The method is applied on both single- and three-phase test feeder networks using data from real loads and distributed generators. It provides a framework for Distribution System Operators to efficiently plan and operate the contributions of DERs to active distribution networks.

研究动机与目标

• 为解决在配电网中实施最优潮流（OPF）时，不依赖集中协调或大量通信的挑战。
• 使多个分布式能源资源（DERs）能够仅使用本地可用数据，集体逼近集中式OPF解。
• 开发一种去中心化控制策略学习框架，确保满足系统约束的同时实现接近最优的性能。
• 提供一种系统化方法，确定DER应与哪些母线通信，以改善对集中式OPF解的重构。
• 为配电网运营商提供一种实用框架，用于规划和运行主动配电网中DER的贡献。

提出的方法

• 利用数据驱动方法，基于配电网的历史或仿真运行数据，为每个DER训练本地控制策略。
• 采用率失真框架，量化并优化通信成本与集中式OPF解重构精度之间的权衡。
• 利用本地测量和有限的DER间通信，学习集体模仿集中式OPF求解器行为的控制策略。
• 应用去中心化优化框架，使每个DER独立学习其策略，同时集体行为收敛至集中式解。
• 基于率失真分析引入通信拓扑选择机制，识别对每个DER而言最具信息量的通信链路。
• 使用真实负荷和DER数据，在单相和三相配电网测试馈线中验证该方法。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可仅从本地数据学习去中心化的DER控制策略，以紧密逼近集中式OPF解？
• RQ2 率失真框架如何实现通信高效的去中心化控制策略设计？
• RQ3 在通信受限条件下，DER之间的何种通信拓扑能最大化对集中式OPF解重构的准确性？
• RQ4 去中心化策略在多大程度上可实现接近最优的性能，同时满足系统约束？
• RQ5 该方法在不同配电网配置（包括单相和三相系统）下的可扩展性如何？

主要发现

• 去中心化控制策略集体实现了接近最优的性能，其有功功率和无功功率潮流、电压调节效果与集中式OPF解高度一致。
• 率失真框架成功识别出能显著提升策略重构精度的通信链路，且通信开销极低。
• 该方法在所有测试的单相和三相测试馈线中均保持了系统约束，如电压限值和线路热稳定载流量。
• 该方法使DER能够以极低协调需求有效运行，仅依赖本地测量和少量关键通信。
• 该框架为配电网运营商提供了一种可扩展且实用的解决方案，用于在主动配电网中集成和管理DER贡献。
• 基于真实负荷和发电机数据的实证结果证实了所提数据驱动去中心化OPF方法的鲁棒性和实际可行性。