Effiziente Sensorplatzierung zur Erkennung von Spannungsverletzungen in Verteilungsnetzen

Core Concepts

Eine Methode zur Minimierung der Anzahl der erforderlichen Sensoren, um alle möglichen Verletzungen der Spannungsgrenzen in einem Verteilungssystem zu erfassen.

Abstract

Der Artikel befasst sich mit einem Sensorplatzierungsproblem, bei dem die Anzahl der Sensoren minimiert werden soll, um alle möglichen Verletzungen der Spannungsgrenzen in einem Verteilungssystem zu erfassen. Dazu wird ein zweistufiges Optimierungsproblem formuliert, bei dem in der oberen Stufe die Sensorstandorte und -schwellenwerte minimiert werden, während in der unteren Stufe die extremsten erreichbaren Spannungen unter Berücksichtigung der Variabilität der Leistungseinspeisung berechnet werden.
Um die Nichtlinearität der Lastflusssimulationen zu umgehen, werden konservative lineare Näherungen der Lastflussgleichungen verwendet. Verschiedene Reformulierungen des zweistufigen Problems werden vorgestellt, um die Rechenzeit zu verbessern, darunter eine dualitätsbasierte Formulierung und eine gemischt-ganzzahlige lineare Programmierung. Außerdem wird ein Gradientenabstiegsverfahren als Nachbearbeitungsschritt eingeführt, um die Anzahl der Fehlalarme zu reduzieren.
Die Methode wird an mehreren Testfällen demonstriert, darunter ein System mit mehreren Schaltungskonfigurationen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Reformulierungen deutlich effizienter sind als der traditionelle Ansatz unter Verwendung der Karush-Kuhn-Tucker-Bedingungen und dass die Sensorplatzierung und -schwellenwerte zuverlässig alle Spannungsverletzungen erkennen, ohne Fehlalarme zu erzeugen.

Stats

Die Leistungsinjektionen variieren zwischen 50% und 150% der Lastanforderungswerte.
In Konfiguration 2 des 33-Bus-Systems wurde die Leitung zwischen den Knoten 6 und 7 entfernt und eine neue Leitung zwischen den Knoten 4 und 18 hinzugefügt.
In Konfiguration 3 des 33-Bus-Systems wurde die Leitung zwischen den Knoten 6 und 26 entfernt und eine neue Leitung zwischen den Knoten 25 und 33 hinzugefügt.

Quotes

"Eine Methode zur Minimierung der Anzahl der erforderlichen Sensoren, um alle möglichen Verletzungen der Spannungsgrenzen in einem Verteilungssystem zu erfassen."
"Verschiedene Reformulierungen des zweistufigen Problems werden vorgestellt, um die Rechenzeit zu verbessern, darunter eine dualitätsbasierte Formulierung und eine gemischt-ganzzahlige lineare Programmierung."
"Die Ergebnisse zeigen, dass die Reformulierungen deutlich effizienter sind als der traditionelle Ansatz unter Verwendung der Karush-Kuhn-Tucker-Bedingungen und dass die Sensorplatzierung und -schwellenwerte zuverlässig alle Spannungsverletzungen erkennen, ohne Fehlalarme zu erzeugen."

Key Insights Distilled From

A Data-Driven Sensor Placement Approach for Detecting Voltage Violations in Distribution Systems

by Paprapee Bua... at arxiv.org 04-09-2024

https://arxiv.org/pdf/2210.09414.pdf

Deeper Inquiries

Wie könnte man die vorgeschlagene Methode erweitern, um auch Beschränkungen für Leitungsflüsse oder Budgetunsicherheiten zu berücksichtigen?

Um Beschränkungen für Leitungsflüsse oder Budgetunsicherheiten in die vorgeschlagene Methode zur Sensorplatzierung einzubeziehen, könnten zusätzliche Constraints in die Optimierungsformulierung integriert werden. Für Leitungsflüsse könnten die maximal zulässigen Ströme in den Leitungen als weitere Bedingungen hinzugefügt werden. Dies würde sicherstellen, dass die Sensorplatzierung nicht nur Spannungsverletzungen, sondern auch Überlastungen in den Leitungen berücksichtigt.
Für Budgetunsicherheiten könnte ein Unsicherheitsbereich für die Kosten der Sensorplatzierung definiert werden. Dieser Unsicherheitsbereich könnte in die Kostenfunktion eingebaut werden, um sicherzustellen, dass die Sensorplatzierung innerhalb des vorgegebenen Budgets bleibt. Durch die Integration dieser zusätzlichen Beschränkungen könnte die Methode erweitert werden, um eine umfassendere Optimierung der Sensorplatzierung unter Berücksichtigung verschiedener Einschränkungen zu ermöglichen.

Welche zusätzlichen Herausforderungen ergeben sich, wenn man das unausgewogene Dreiphasennetz-Modell betrachtet?

Bei der Betrachtung eines unausgewogenen Dreiphasennetz-Modells ergeben sich zusätzliche Herausforderungen im Vergleich zu einem ausgewogenen System. Einige dieser Herausforderungen könnten sein:

Komplexität der Modellierung: Unausgewogene Dreiphasensysteme erfordern eine detailliertere Modellierung der Netzwerktopologie, da die Phasenungleichgewichte und die Erdverbindungen berücksichtigt werden müssen.
Ungleichgewichtete Lasten: Die unterschiedlichen Lasten in den drei Phasen führen zu ungleichmäßigen Spannungen und Strömen im Netzwerk, was die Analyse und Optimierung erschwert.
Phasenverschiebungen: Phasenverschiebungen zwischen den Phasen können zu komplexen Berechnungen führen, insbesondere bei der Bestimmung von Spannungsverletzungen und der optimalen Sensorplatzierung.
Erdverbindungen: Die Erdverbindungen in einem unausgewogenen System können zusätzliche Herausforderungen bei der Spannungsregelung und der Fehlererkennung darstellen.

Wie könnte man die Erkenntnisse aus der Sensorplatzierung nutzen, um geeignete Korrekturmaßnahmen zu entwickeln, um Spannungsverletzungen in Echtzeit zu beheben?

Um die Erkenntnisse aus der Sensorplatzierung zur Entwicklung geeigneter Korrekturmaßnahmen für die Echtzeitbehebung von Spannungsverletzungen zu nutzen, könnten folgende Schritte unternommen werden:

Echtzeitüberwachung: Die installierten Sensoren liefern kontinuierlich Daten über die Spannungen im Netzwerk, die von einem Überwachungssystem analysiert werden.
Alarmierung: Bei der Erkennung einer Spannungsverletzung löst das Überwachungssystem einen Alarm aus, der das Betriebspersonal benachrichtigt.
Automatisierte Reaktion: Basierend auf den Informationen aus den Sensoren und den vordefinierten Protokollen können automatisierte Reaktionen implementiert werden, z. B. die Anpassung von Spannungsreglern oder die Umleitung von Lasten.
Manuelle Intervention: Falls erforderlich, kann das Betriebspersonal auf die Alarme reagieren und manuelle Korrekturmaßnahmen durchführen, um die Spannungsverletzungen zu beheben.

Durch die Integration von Sensorplatzierung, Echtzeitüberwachung und automatisierten Reaktionen können Netzwerkbetreiber effektiv auf Spannungsverletzungen reagieren und die Netzstabilität gewährleisten.