Robust VAR Capability Curve of DER with Uncertain Renewable Generation

📄 arXiv: 2405.12184v1 📥 PDF

作者: Aditya Shankar Kar, Kiran Kumar Challa, Alok Kumar Bharati, Ankit Singhal, Venkataramana Ajjarapu

分类: eess.SY

发布日期: 2024-05-20

备注: This paper is accepted for publication in IEEE PESGM 2024, Seattle. The complete copyright version will be available in IEEE Xplore with published conference proceedings

💡 一句话要点

针对不确定性可再生能源，提出鲁棒的分布式能源无功功率能力曲线

🎯 匹配领域: 支柱四：生成式动作 (Generative Motion)

关键词: 分布式能源 无功功率 能力曲线 不确定性 机会约束优化 最优潮流 可再生能源

📋 核心要点

  1. 现有方法难以应对可再生能源发电的不确定性，导致聚合能力曲线在实际应用中可信度不足。
  2. 论文提出将不确定性纳入聚合过程，开发鲁棒的能力曲线，同时考虑配电系统的真实物理特性。
  3. 通过统计推断量化不确定性，并将其集成到机会约束最优潮流中，为电网运营商提供决策支持。

📝 摘要（中文）

本文研究了高渗透率的基于逆变器的分布式能源(DER)有源配电系统在无功功率辅助服务中的应用。为了利用DER的灵活性，需要向输电系统运营商(TSO)提供配电系统的聚合DER灵活性。然而，可再生能源发电的不确定性影响了聚合能力曲线的实际可信度。本文将不确定性纳入聚合过程，在保留配电系统真实物理特性(不平衡和损耗)的同时，开发出鲁棒的能力曲线。采用统计推断方法量化太阳能发电的不确定性，并将量化的不确定性集成到机会约束最优潮流(OPF)中，为电网运营商提供可调度的聚合无功功率能力。TSO可以利用由此产生的能力曲线及其相关概率，为规划和运行决策提供支持。

🔬 方法详解

问题定义：论文旨在解决配电系统中分布式能源（DER）聚合无功功率能力曲线在可再生能源发电不确定性下的可靠性问题。现有方法通常忽略或简化这种不确定性，导致生成的聚合能力曲线在实际调度中可能无法实现，影响电网的安全稳定运行。现有方法的痛点在于无法有效应对可再生能源发电的随机波动性，导致聚合能力曲线的实用性降低。

核心思路：论文的核心思路是将可再生能源发电的不确定性显式地建模到聚合能力曲线的生成过程中。通过统计推断方法量化这种不确定性，并将其转化为机会约束，确保生成的聚合能力曲线在一定概率水平下是可行的。这样，电网运营商可以根据实际需求和风险承受能力，选择合适的无功功率调度方案。

技术框架：论文的技术框架主要包括以下几个阶段：1) 利用历史数据和统计推断方法，量化可再生能源发电的不确定性，得到其概率分布模型。2) 将量化的不确定性嵌入到机会约束最优潮流（OPF）模型中，形成一个考虑不确定性的优化问题。3) 求解该机会约束OPF问题，得到在不同概率水平下的聚合无功功率能力曲线。4) 将生成的能力曲线及其对应的概率信息提供给输电系统运营商（TSO），用于规划和运行决策。

关键创新：论文的关键创新在于将统计推断和机会约束优化相结合，有效地处理了可再生能源发电的不确定性。与传统的确定性优化方法相比，该方法能够生成更加鲁棒和可靠的聚合能力曲线。此外，论文还考虑了配电系统的真实物理特性，如不平衡和损耗，使得生成的能力曲线更加贴近实际情况。

关键设计：论文的关键设计包括：1) 采用合适的统计推断方法（具体方法未知）来量化可再生能源发电的不确定性。2) 构建机会约束最优潮流模型，其中机会约束用于保证在一定概率水平下满足电网的运行约束。3) 选择合适的求解器来求解机会约束OPF问题，例如，可以使用基于场景的方法或近似方法来处理机会约束。具体的参数设置、损失函数和网络结构等技术细节在论文中可能有所描述，但根据摘要无法得知。

🖼️ 关键图片

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📊 实验亮点

论文通过机会约束最优潮流，考虑了可再生能源发电的不确定性，生成了鲁棒的聚合无功功率能力曲线。该曲线为输电系统运营商提供了在不同概率水平下的无功功率调度方案，有助于提高电网运行的可靠性。具体的性能数据和提升幅度在摘要中未提及，需要查阅原文。

🎯 应用场景

该研究成果可应用于电力系统的规划和运行。输电系统运营商(TSO)可以利用鲁棒的DER无功功率能力曲线，在规划阶段评估DER对电网的支撑能力，在运行阶段优化无功功率调度，提高电网的安全性和稳定性。此外，该方法还可以推广到其他类型的不确定性源，如负荷波动等。

📄 摘要（原文）

Active distribution system with high penetration of inverter based distributed energy resources (DER) can be utilized for VAR-related ancillary services. To utilize the DER flexibility, transmission system operator (TSO) must be presented with the aggregated DER flexibility of distribution system. However, the uncertainty in renewable generation questions the credibility of aggregated capability curve in practice. In this paper, we incorporate the uncertainty into aggregation process to develop a robust capability curve while preserving the real physics (unbalance and lossy nature) of distribution system. Statistical inference method is employed to quantify uncertainty in solar generation and quantified uncertainty is integrated into a chance constrained optimal power flow (OPF). It provides the grid operator with the dispatchable aggregated reactive power capability. The resulting capability curve with the associated probability can be harnessed by the TSO for decision making for both planning and operation.