[论文解读] Dispatchable Region for Active Distribution Networks Using Approximate Second-Order Cone Relaxation

Zhigang Li, Wenjing Huang+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 1, 2021

Optimal Power Flow Distribution被引用 4

一句话总结

该论文提出了一种基于凸优化的可调度区域框架，用于主动配电网，通过近似二阶锥松弛方法对交流潮流方程进行处理。通过将交流潮流方程重新表述为二阶锥松弛，并利用多面体进行近似，该方法实现了计算高效且精确的可再生能源接入容量评估，在不同规模的系统上验证了其高精度和低求解时间。

ABSTRACT

Uncertainty in distributed renewable generation threatens the security of power distribution systems. The concept of the dispatchable region was developed to assess the ability of power systems to accommodate renewable generation at a given operating point. Although DC and linearized AC power flow equations are typically used to model dispatchable regions for transmission systems, these equations are rarely suitable for distribution networks. To achieve a suitable trade-off between accuracy and efficiency, this paper proposes a dispatchable region formulation for distribution networks using tight convex relaxation. Second-order cone relaxation is adopted to reformulate the AC power flow equations, which are then approximated by a polyhedron to improve tractability. Further, an efficient adaptive constraint generation algorithm is employed to construct the proposed dispatchable region. Case studies on distribution systems of various scales validate the computational efficiency and accuracy of the proposed method.

研究动机与目标

• 为解决在不确定性条件下评估主动配电网中可再生能源接入容量的挑战。
• 开发一种计算高效且精确的方法，用于确定配电网中的可调度区域。
• 通过使用凸松弛技术，克服直流模型和线性化交流模型在配电网中的局限性。
• 通过二阶锥松弛的多面体近似，确保可处理性的同时保持高精度。
• 在不同规模的配电网系统上验证该方法在计算效率和求解精度方面的表现。

提出的方法

• 论文采用二阶锥松弛（SOCP）对配电网中非凸的交流潮流方程进行凸化处理。
• 随后，通过多面体对松弛后的SOCP公式进行近似，以提升计算可处理性。
• 采用自适应约束生成算法，迭代优化可调度区域的表示。
• 该方法利用紧密的凸松弛，在精度与计算效率之间实现平衡。
• 该公式设计具有可扩展性，适用于高比例分布式可再生能源接入的配电网。
• 该方法在不同规模的测试系统上实现并验证，以评估其性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 在高比例可再生能源渗透的主动配电网中，如何精确且高效地确定可调度区域？
• RQ2 在配电网可调度区域中使用二阶锥松弛时，精度与计算效率之间的权衡如何？
• RQ3 对SOCP松弛进行多面体近似是否能在提升可处理性的同时保持求解精度？
• RQ4 与传统的直流模型和线性化交流模型相比，该方法在精度和计算速度方面表现如何？
• RQ5 该可调度区域框架在不同规模的配电网系统中具有怎样的可扩展性？

主要发现

• 所提方法在确定可调度区域方面实现了高精度，其求解质量接近真实的交流潮流结果。
• 多面体近似显著提升了计算可处理性，同时未牺牲求解保真度。
• 自适应约束生成算法能高效收敛至可调度区域的紧密表示。
• 在不同规模配电网系统的案例研究中，验证了该方法的计算效率和可扩展性。
• 与传统的直流模型和线性化交流模型相比，该方法在配电网应用中表现出更高的精度。
• 该框架被验证为一种可靠的工具，可用于评估主动配电网中可再生能源的承载能力。