[论文解读] Enforcing Radiality Constraints for DER-Aided Power Distribution Grid Reconfiguration

Manish K. Singh, Vassilis Kekatos+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 7, 2019

Optimal Power Flow Distribution参考文献 29被引用 11

一句话总结

本文提出了一套全面的优化工具箱，用于利用智能电网资产（包括远程控制开关、电压调节器和符合 IEEE 1547.8 标准的分布式能源资源）对辐射状配电网进行重构。该文提出了一种可证明正确的辐射状拓扑强制公式，并通过真实世界数据表明，最优网络拓扑随一天中的时间而变化，尤其在净负荷快速变化期间，协调的分布式能源资源与调节器控制至关重要。

ABSTRACT

Operators can now remotely control switches and update the control settings for voltage regulators and distributed energy resources (DERs), thus unleashing the network reconfiguration opportunities to improve efficiency. Aligned to this direction, this work puts forth a comprehensive toolbox of optimization models leveraging the control capabilities of smart grid assets. We put forth detailed yet practical models to capture the operation of locally and remotely controlled regulators, and customize the watt-var DER control curves complying with the IEEE 1547.8 mandates. Maintaining radiality is a key requirement germane to various feeder optimization tasks. This requirement is accomplished here through an intuitive and provably correct formulation. The developed toolbox is put into action to reconfigure a grid for minimizing losses using real-world data on a benchmark feeder. The results corroborate that optimal topologies vary across the day and coordinating DERs and regulators is critical during periods of steep net load changes.

研究动机与目标

• 开发一种实用的优化框架，利用开关、调节器和分布式能源资源的远程控制实现配电网重构。
• 通过一种新颖且可证明正确的公式，确保辐射状网络拓扑结构的保持。
• 以支持最优协调的方式，对符合 IEEE 1547.8 标准的有功-无功控制曲线进行建模，用于分布式能源资源。
• 利用真实世界馈线数据，评估协调的分布式能源资源与调节器控制对损耗降低的影响。

提出的方法

• 构建一个混合整数优化模型，通过一组确保单一电源且无环路的约束条件，强制实现辐射状结构。
• 对电压调节器的本地与远程控制进行建模，并施加详细的运行约束。
• 定制分布式能源资源的无功功率输出曲线，以符合 IEEE 1547.8 标准的无功电压支持要求。
• 将分布式能源资源控制曲线整合进优化框架，以实现电压与损耗的协同管理。
• 利用基准配电网的真实负荷与发电数据，对模型进行仿真与评估。
• 采用时序优化方法，分析不同负荷条件下网络拓扑的变化。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何以可证明正确且计算可处理的方式，在配电网重构模型中强制实现辐射状结构？
• RQ2 协调的分布式能源资源与调节器控制对配电网损耗降低有何影响？
• RQ3 在动态净负荷条件下，最优网络拓扑如何随一天中的时间而变化？
• RQ4 符合 IEEE 1547.8 标准的分布式能源资源控制曲线在多大程度上影响重构策略的性能？

主要发现

• 为实现损耗最小化而设计的最优网络拓扑随时间动态变化，尤其在净负荷急剧变化期间更为显著。
• 协调分布式能源资源与电压调节器控制，相比孤立控制策略，能显著提升损耗降低效果。
• 所提出的辐射状结构强制公式在保证辐射状特性的同时，计算效率高，且可无缝集成至更大规模的优化框架中。
• 采用符合 IEEE 1547.8 标准的分布式能源资源控制曲线，可在优化模型中实现实际且标准化的无功功率支持。
• 在基准馈线上的真实世界数据证实，对开关、调节器与分布式能源资源进行协调控制，可实现可测量的损耗降低。
• 结果表明，静态重构策略不足，动态且协调的控制是实现最优性能的必要条件。