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at - Automatisierungstechnik

Methoden und Anwendungen der Steuerungs-, Regelungs- und Informationstechnik

[AT - Automation Technology: Methods and Applications of Control, Regulation, and Information Technology
]

Editor-in-Chief: Jumar, Ulrich

12 Issues per year


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2196-677X
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Volume 65, Issue 11

Issues

Hybrid intervention scheme-based optimization algorithm for real-time management of reactive power resources

Hybrider Optimierungsalgorithmus für Echtzeit-Blindleistungmanagement

Deesh Dileep
  • Corresponding author
  • Department of Computer Science, KU Leuven, Celestijnenlaan 200A – bus 2402, 3001 Leuven Belgium
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/ José Luis Rueda Torres / Sander Franke
  • System Operations, TenneT TSO B. V., Utrechtseweg 310 – Postbus 718, 6800 AS Arnhem Netherlands
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/ Peter Palensky
  • Department of Electrical Sustainable Energy, TU Delft, Mekelweg 4, 2628 CD Delft Netherlands
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Published Online: 2017-11-09 | DOI: https://doi.org/10.1515/auto-2017-0053

Abstract

This article introduces a Hybrid Intervention Scheme Based Optimization (HIBO) algorithm solving an Optimal Reactive Power Management (ORPM) problem in real-time using a Mixed Integer Linear Programming (MILP) solver. The ORPM problem presented here contains a linear objective function containing four objectives separated using a set of static penalty factors for each area. The non-linear optimization problem has been assumed linear by localizing the search for solution, this is done by introducing a penalty on the change from the original state or the base case scenario. Thereby, optimizing the non-linear ORPM in linear steps makes it a fast solver for small changes in power system state. A contingency analysis (for N-1 voltage violations) is included for ensuring the safety and reliability of the power system. The results are used to update the ORPM problem or stop if the system is secure. The optimization variables used to represent transformer taps and shunt device switches are handled as discrete integers and remaining variables as continuous real numbers. The intervention scheme, objectives and constraints used in the HIBO have been derived through surveys conducted at a transmission system control center and are supported using literature. Validation of the HIBO algorithm was performed on the Dutch transmission network model after dividing it into four regional areas. Convergence characteristics of the HIBO algorithm are compared using results. From the results, it is concluded that the HIBO algorithm is a competitive optimization solver, suitable for deployment in the secondary voltage control scheme within system operations domain for transmission system operators.

Zusammenfassung

Dieser Artikel beschreibt einen Optimierungsalgorithmus der mittels hybrider Regelungsstrategien und Mixed Integer Linear Programming (MILP) Blindleistung optimal regelt. Das Problem wird mit einer linearen Zielfunktion und vier separat gewichteten Zielen optimiert. Das nichtlineare Optimisierungsproblem wird linear behandelt, indem lokal nach einer Lösung gesucht wird und Abweichungen davon algorithmisch bestraft werden. Dadurch können kleine Änderungen des nichtlinearen Problems effizient in linearen Schritten behandelt werden. Eine Ausfallsrisikoanalyse (N-1 für Verletzungen des Spannungsbandes) dient im sicheren Fall als Abbruchkriterium des Algorithmus. Transformator Regelstufen und schaltbare Netzkomponenten sind als diskrete, alle anderen Problemparameter als kontinuierliche Variablen implementiert. Die Prinzipien der Schalthandlungen sowie Rahmen- und Randbedingungen sind in Zusammenarbeit mit Netzbetreibern erstellt worden und decken sich mit der vorhandenen Lehrmeinung in der Fachliteratur. Der Algorithmus wurde mittels des Niederländischen Übertragungsnetzmodells validiert, nachdem dieses in vier Regionen aufgeteilt wurde. Die Resultate zeigen gute Konvergenzeigenschaften und weisen den Algorithmus als geeignet aus, sekundäre Spannungsregelung im Betrieb des Übertragungsnetz zu bewerkstelligen.

Keywords: Intervention scheme based optimization; reactive power management; MILP solver; system operations; Dutch transmission network

Schlagwörter: Hybride Regelungsstrategie; gemischte ganzzahlige lineare Programmierung; Optimierung von Blindleistung; Betrieb von Übertragungsnetzen; niederländisches Übertragungsnetz

About the article

Deesh Dileep

Department of Computer Science, KU Leuven, Celestijnenlaan 200A – bus 2402, 3001 Leuven, Belgium, Phone: +32 16 32 24 35, Mob: +32 483 584 026

José Luis Rueda Torres

Department of Electrical Sustainable Energy, TU Delft, Mekelweg 4, 2628 CD Delft, Netherlands

Sander Franke

System Operations, TenneT TSO B. V., Utrechtseweg 310 – Postbus 718, 6800 AS Arnhem, Netherlands

Peter Palensky

Department of Electrical Sustainable Energy, TU Delft, Mekelweg 4, 2628 CD Delft, Netherlands


Accepted: 2017-09-27

Received: 2017-05-19

Published Online: 2017-11-09

Published in Print: 2017-11-27


Citation Information: at - Automatisierungstechnik, Volume 65, Issue 11, Pages 737–748, ISSN (Online) 2196-677X, ISSN (Print) 0178-2312, DOI: https://doi.org/10.1515/auto-2017-0053.

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