Transformer Temperature Management and Voltage Control in Electric Distribution Systems with High Solar PV Penetration
作者: Amirhossein Ghorbansarvi, Dakota Hamilton, Mads R. Almassalkhi, Hamid R. Ossareh
分类: eess.SY
发布日期: 2024-10-11 (更新: 2024-10-14)
💡 一句话要点
提出优化策略，解决高光伏渗透率配电网中变压器温控与电压控制难题
🎯 匹配领域: 支柱四：生成式动作 (Generative Motion)
关键词: 配电网 光伏渗透率 电压控制 变压器温控 优化算法 凸松弛 协同优化
📋 核心要点
- 光伏渗透率提高导致配电网过电压和变压器过载，现有方法难以同时有效管理电压和变压器温度。
- 提出一种基于优化的策略，通过联合管理电压调节和变压器温度，最小化光伏发电的削减，实现综合控制。
- 通过仿真验证，结果表明该方法能够有效实现电压调节和变压器温度控制，验证了其在实际应用中的潜力。
📝 摘要（中文）
本文针对配电网中光伏（PV）系统渗透率不断提高导致的过电压和变压器过载问题，提出了一种基于优化的策略，旨在有效管理电压调节和变压器温度，同时最大限度地减少光伏发电的削减。为了使问题具有凸性，对变压器温度动态约束进行了松弛处理，并分析了这种松弛保持紧致的条件。通过仿真验证了所提方法的有效性，证明其能够实现期望的控制目标。
🔬 方法详解
问题定义：论文旨在解决在高光伏渗透率的配电系统中，由于光伏发电的波动性，导致电压越限和变压器过载的问题。现有方法通常只关注电压调节，或者单独考虑变压器温度控制，缺乏对两者进行协同优化的策略，导致光伏发电的利用率降低，电网运行效率不高。
核心思路：论文的核心思路是通过建立一个优化模型，同时考虑电压调节和变压器温度控制，并以最小化光伏发电削减量为目标。通过协同优化，可以在满足电压约束和变压器温度约束的前提下，尽可能多地利用光伏发电，提高电网的经济性和可靠性。
技术框架：该方法的技术框架主要包括以下几个部分：1）建立配电网的数学模型，包括线路模型、变压器模型和光伏发电模型；2）建立电压约束和变压器温度约束；3）构建优化目标函数，以最小化光伏发电削减量为目标；4）对非凸的变压器温度动态约束进行凸松弛处理，将其转化为凸优化问题；5）求解凸优化问题，得到最优的控制策略。
关键创新：论文的关键创新在于：1）提出了一个能够同时管理电压调节和变压器温度的优化模型，实现了协同优化；2）对非凸的变压器温度动态约束进行了凸松弛处理，使得问题可以高效求解；3）分析了凸松弛保持紧致的条件，保证了优化结果的有效性。
关键设计：论文的关键设计包括：1）变压器温度动态模型的建立，需要考虑环境温度、负载电流等因素；2）凸松弛方法的选择，需要保证松弛后的问题仍然具有较高的精度；3）优化算法的选择，需要考虑计算效率和收敛性。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
通过仿真实验验证，该方法能够有效管理电压调节和变压器温度，同时最小化光伏发电的削减。具体性能数据未知，但结果表明该方法在实现控制目标方面具有显著效果，优于单独考虑电压或温度控制的传统方法。
🎯 应用场景
该研究成果可应用于智能配电网的运行和控制，特别是在高光伏渗透率的场景下。通过优化电压和变压器温度，可以提高电网的稳定性和可靠性，减少光伏发电的浪费，促进清洁能源的利用。该方法还可以扩展到包含储能系统等其他分布式电源的配电网中，具有广阔的应用前景。
📄 摘要（原文）
The increasing penetration of photovoltaic (PV) systems in distribution grids can lead to overvoltage and transformer overloading issues. While voltage regulation has been extensively studied and some research has addressed transformer temperature control, there is limited work on simultaneously managing both challenges. This paper addresses this gap by proposing an optimization-based strategy that efficiently manages voltage regulation and transformer temperature while minimizing the curtailment of PV generation. In order to make this problem convex, a relaxation is applied to the transformer temperature dynamics constraint. We also provide analysis to determine under which conditions this relaxation remains tight. The proposed approach is validated through simulations, demonstrating its effectiveness in achieving the desired control objectives.