Security-Constrained Optimal Power Flow in Meshed Distribution Grids

Når kraftnettet nå moderniseres, trengs det smarte løsninger for effektiv og sikker planlegging og drift av systemene. Tradisjonelle optimeringsteknikker får fornyet oppmerksomhet siden de nå blir relevante i nye anvendelser. «Security Constrained Optimal Power Flow» (SCOPF) er en utvidelse av optimal lastflyt (OPF). Hensikten med SCOPF er vanligvis å finne den mest kostnadseffektive fordelingen av kraftproduksjon i et system, samtidig som alle begrensninger overholdes, både nå og under en rekke eventualiteter, som utfall av enkelte linjer eller generatorer. Brorparten av eksisterende SCOPF programvare lener seg enten på DC tilnærminger, som ikke egner seg for distribusjonsnett, er ikke åpent tilgjengelig, eller tar ikke hensyn til muligheten for korrigerende handlinger ved inntrufne eventualiteter. Med utgangspunkt i et utvalg tilgjengelig litteratur, et grunnlag for forståelse og løsning av SCOPF problemet presenteres, og en spesifikk løsningsstrategi identifiseres og legges fram. Optimal lastflyt-problemet løses ved sekvensiell lineær programmering, inkludert en tillitsregion-metode. Med denne tilnærmingen lineariseres problemet rundt en nåværende løsning og løses iterativt med lineær programmering. Tillitsregion-metoden justerer området hvor lineariseringen er antatt å være gyldig med utgangspunkt i nøyaktigheten av forrige iterasjons løsning. For å løse SCOPF-problemet, hvor begrensninger som følge av eventualiteter også må tas med, brukes Bender’s dekomposisjon. Det involverer å dekomponere problemet til et masterproblem og en rekke underproblemer for hver eventualitet. Disse løses også iterativt, og fra underproblemer hvor det oppdages overskridelser genereres det lineære begrensinger som legges til masterproblemet. Den presenterte algoritmen er designet til å kunne vurdere både forebyggende sikkerhet og korrigerende sikkerhet. Programmet testes og demonstreres på to illustrerende systemer med noen numeriske eksempler. Den foreslåtte optimal lastflyt-algoritmen presterer bra på eksempelsystemet med 6 samleskinner. Her kreves 9 iterasjoner, og løsningen gir en kostnadsreduksjon på 5,45 % sammenlignet med utgangspunktet. SCOPF-algoritmen demonstreres på et eksempelsystem med 12 samleskinner. «Forebyggende sikkerhet» og «korrigerende sikkerhet» resulterer i en kostnadsøkning på henholdsvis 1,25 % og 0.41 % sammenlignet med standard optimal lastflytløsning. Tester av de vurderte eventualitetene viser at løsningene holder, men at løsningen ved «korrigerende sikkerhet» kan være unøyaktig hvis større korrigerende handlinger tillates. Det konkluderes med at de brukte metodene virker lovende, og med videre arbeid kan bli nyttige verktøy i planlegging og drift av fremtidens distribusjonsnett