[论文解读] 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 5

一句话总结

本文提出一种启发式方法，以减少电力系统中输电切换的候选线路列表，显著降低计算时间，同时保持运行成本节约。通过根据网络状态动态更新受监控线路和可切换线路，该方法在测试案例中使仿真时间减少超过129倍，切换操作减少80%，从而在不牺牲显著经济效益的前提下，实现切换操作在电力系统运行中的实用化实时集成。

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.

研究动机与目标

• 解决由于保护系统约束和维护成本，频繁切换在实时电力系统运行中不切实际的问题。
• 通过限制候选线路列表，减轻大规模系统中输电切换优化的计算负担。
• 通过时变约束和启发式线路选择，在最小化切换操作次数的同时保持切换的经济效益。
• 通过将切换频率和成本整合到最优潮流（OPF）公式中，实现输电切换在实际中的实时部署。
• 在真实系统条件下，评估输电切换规划中次优性与计算效率之间的权衡。

提出的方法

• 引入额外约束，根据系统负荷状况限制每小时最大切换操作次数。
• 在目标函数中引入每次切换的成本，以惩罚频繁切换并反映维护成本。
• 提出一种动态启发式方法，通过识别并排除基于功率转移分布因子（PTDF）和线路潮流灵敏度的不关键线路，生成精简的候选线路列表（SLL）。
• 使用时变受监控线路列表（MLL），聚焦于不同负荷状态下对系统安全和阻塞最相关的线路。
• 在安全约束最优潮流（OPF）框架内应用该方法，针对每个时间间隔更新候选集。
• 采用两步法：首先求解包含所有线路的完整问题；其次使用精简后的SLL重新求解，以实现快速计算且最优性损失最小。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在不显著影响运行成本节约的前提下，减少输电切换中的操作次数？
• RQ2 如何生成动态候选线路列表，以提升实时输电切换中的计算效率？
• RQ3 在输电切换优化中使用精简线路列表时，解的最优性与计算时间之间的权衡如何？
• RQ4 在多时段调度框架中，通过成本建模和运行约束，切换频率能在多大程度上被控制？
• RQ5 所提出的方法能否实现大规模电力系统中输电切换的实用化实时部署？

主要发现

• 在13节点系统中，该方法将仿真时间从271.67秒减少至2.1秒，提升129倍，同时将切换操作减少80%。
• 与最优解相比，额外运行成本仅增加0.0118%，总切换事件减少144%。
• 在精简后的ERCOT系统中，仿真时间从超过2天缩短至33分钟，切换操作减少1239%（从308次降至23次）。
• 该方法保持了3%的净运行成本节约（5.1%节约减去2.1%的约束额外成本），证明了其强大的经济可行性。
• 更新后的切换线路列表（SLLu）在不同时段动态变化，ERCOT案例中从427条减少至最低63条，显著减小问题规模。
• 采用时变MLL和SLL有效剪除了非关键线路，在小型和大型系统中均表现出良好效果。