Application of Optimization in Regional Distribution Network Reconfiguration
Application de l'optimisation à la reconfiguration du réseau de distribution régional
Résumé
In the domain of operations research, this thesis’s subject consists of optimizing electrical networks (specifically, distribution networks) in terms of power losses. The main adressed problem is the Distribution Network Reconfiguration (DNR) problem and several variations of the problem. The DNR problem is widely studied in the literature and is an effective approach for Distribution System Operators (DSOs) to optimize their networks in terms of power loss due to Joule heat. With the high integration of distributed generation (decentralized generation), reconfiguring the network’s operation scheme becomes crucial to improving the economics for these DSOs. The optimization model consists of a Mixed Integer Quadratic Programming (MIQP) problem, where the distribution network is represented as a graph, which serves as an input for this MIQP. The binary variables consist of the state of each switch (1 or 0) along with the continuous variables representing the flows in each line. The objective function is the sum of power losses for the configuration selected by the solver. This thesis first reduces the solver’s computational time when the considered loads and generations are static (at one single point in time). It proposes a network reduction method, where the input graph in the MIQP is reduced to decrease the solution’s search space for the solver. With the same goal, a method for eliminating low-impact switches is proposed and tested on an SRD agency network. This method involves proposing a set of operating points for load and generation coefficients across the entire network, where the MIQP is launched sequentially. Then,the low-impact switches in the MIQP are fixed as data, while the most impactful switches remain as variables. The results showed that the proposed method greatly improved computational time, making it roughly 177 times faster in the case of a given operating point independent of the initial ones. After these attempts to reduce the solver’s computational time in the static case, a generalization is proposed, where the goal is to optimize power losses over a time horizon. This is referred to as multiple reconfiguration under operational constraints. Then, the case of free reconfigurations is explored, where no operational constraints are imposed. This case allows the solver to change the solution at each time point, but this approach faces many technological and economic barriers. Finally, in the case of high production integration, where no solution can handle it, power curtailment is introduced to curtail power in excess and maintain a feasible solution.
Dans le domaine de la recherche opérationnelle, le sujet de cette thèse consiste à optimiser les réseaux électriques (en particulier les réseaux de distribution) en termes de pertes de puissance. Le principal problème abordé est le problème de la reconfiguration des réseaux de distribution (DNR) et plusieurs variations de ce problème. Le problème DNR est largement étudié dans la littérature et constitue une approche efficace pour les gestionnaires de réseaux de distribution (DSO) afin d’optimiser leurs réseaux en termes de perte de puissance due à la chaleur Joule. Avec la forte intégration de la production distribuée(production décentralisée), la reconfiguration du schéma d’exploitation du réseau devient cruciale pour améliorer l’économie de ces GRD. Le modèle d’optimisation consiste en un problème de programmation quadratique en nombres entiers mixtes (MIQP), où le réseau de distribution est représenté sous la forme d’un graphe, qui sert d’entrée à ce MIQP. Les variables binaires sont l’état de chaque interrupteur (1 ou 0)et les variables continues représentent les flux dans chaque ligne. La fonction objective est la somme des pertes de puissance pour la configuration sélectionnée par le solveur. Cette thèse réduit d’abord le temps de calcul du solveur lorsque les charges et les générations considérées sont statiques (à un seul moment dans le temps). Elle propose une méthode de réduction du réseau, où le graphe d’entrée du MIQP est réduit pour diminuer l’espace de recherche de la solution pour le solveur. Dans le même but, une méthode d’élimination des commutateurs à faible impact est proposée et testée sur un réseau d’agences SRD. Cette méthode consiste à proposer un ensemble de points de fonctionnement pour les coefficients de charge et de production sur l’ensemble du réseau, où le MIQP est lancé de manière séquentielle. Ensuite, les commutateurs à faible impact dans le MIQP sont fixés en tant que données, tandis que les commutateurs les plus importants restent en tant que variables. Les résultats ont montré que la méthode proposée améliorait considérablement le temps de calcul, le rendant environ 177 fois plus rapide dans le cas d’un point de fonctionnement donné indépendant des points initiaux. Après ces tentatives de réduction du temps de calcul du solveur dans le cas statique, une généralisation est proposée, où l’objectif est d’optimiser les pertes de puissance sur un horizon temporel. On parle alors de reconfiguration multiple sous contraintes opérationnelles. Ensuite, le cas des reconfigurations libres est exploré, lorsqu’aucune contrainte opérationnelle n’est imposée. Ce cas permet au solveur de modifier la solution à chaque point dans le temps, mais cette approche se heurte à de nombreux obstacles technologiques et économiques. Enfin, dans le cas d’une forte intégration de la production, qu’aucune solution ne peut gérer, la réduction de la puissance est introduite pour réduire la puissance excédentaire et maintenir une solution réalisable.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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