DiGriFlex – Contrôle du réseau de distribution en temps réel et provision

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/501875
• Projekttitel Englisch: DiGriFlex – Real-Time Distribution Grid Control and Flexibility Provision under Uncertainties

Schlüsselwörter (Englisch)

forecasting, control algorithm, distribution grid

Kurzbeschreibung (Englisch)

The aim of this research project is to propose and validate effective forecasting and optimal control algorithms to ensure efficient and secure operation of low voltage distribution grids, as well as flexibility provision from distribution grids to the upstream medium/high voltage grids, under uncertainties. In this respect, a two-levels rolling optimization framework to ensure optimal (most economic) and secure operation of distribution grids under uncertainties will be developed and experimentally validated. The first level (prescheduling optimization) deals with prescheduling of controllable resources in a time ahead basis (day ahead or few hours ahead basis), whereas the second level (online optimization) deals with real time online scheduling of all the controllable resources. Moreover, an appropriate forecasting system will be developed to provide day-ahead and near real-time forecast of uncertain parameters, in accordance with the optimization framework. Finally, we will validate the proposed methodology and demonstrate its effectiveness under realistic uncertainty sources (e.g., PV power generation), stochastic consumption, and distribution grid contingences (e.g., unplanned outage of grid components) for a low voltage distribution grid.

Kurzbeschreibung (Französisch)

L'objectif de ce projet de recherche est de proposer et valider des algorithmes performants de prédiction et de contrôle optimale pour assurer un fonctionnement efficace et sécurisé des réseaux de distribution, ainsi que la flexibilité fournie par des réseaux de distribution vers le réseau moyenne/haute tension, tout en tenant compte des incertitudes. À cet égard, un outil d'optimisation en continue à deux niveaux pour assurer un fonctionnement optimal (le plus économique) et sécurisé des réseaux de distribution tout en tenant compte des incertitudes sera développé et validé. Le premier niveau (prescheduling optimization) traite de la pré-planification des ressources contrôlables de manière anticipée (jour à l'avance ou quelques heures à l'avance), tandis que le second niveau (optimisation en ligne) traite de la planification en temps réel de toutes les ressources contrôlables. De plus, un système de prévision sera mis au point pour fournir une prévision au jour avant et en temps quasi réel de paramètres incertains, conformément au modèle d’optimisation. Enfin, on validera les méthodes et les algorithmes proposée et on démontrera son efficacité concernant des sources de production stochastique (par exemple, la production d'énergie photovoltaïque variable), des consommations stochastiques et des indisponibilités imprévues des composants du réseau de distribution basse tension.

Schlussbericht (Deutsch)

In diesem Projekt schlagen wir effektive Vorhersage- und optimale Steuerungsalgorithmen vor und validieren sie, um einen effizienten und sicheren Betrieb von Niederspannungsverteilnetzen sowie die Bereitstellung von Flexibilität von Verteilnetzen für vorgelagerte Netze unter Berücksichtigung von Unsicherheiten zu gewährleisten. Zu diesem Zweck wird ein zweistufiges, rollierendes Optimierungskonzept entwickelt, das den optimalen und sicheren Betrieb von Verteilnetzen unter Unsicherheit gewährleistet und in einer rekonfigurierbaren Niederspannungsnetzanlage in Yverdon-les-Bains, Schweiz, experimentell validiert wird. Die erste Ebene befasst sich mit der Vorausplanung (z.B. Day-Ahead) der steuerbaren Ressourcen auf Basis einer neuartigen verteilungsrobusten Programmiermethode, während die zweite Ebene die Online-Planung aller steuerbaren Ressourcen nahezu in Echtzeit behandelt. Es wurde eine technisch-ökonomische Studie durchgeführt, um sowohl die lokalen als auch die exportierten Systemdienstleistungen in dem vorgeschlagenen Optimierungsrahmen zu berücksichtigen. Darüber hinaus wurde ein geeignetes Prognosesystem entwickelt, das in Übereinstimmung mit dem Optimierungsrahmen eine Day-Ahead- und Quasi-Echtzeit-Prognose von mit Unsicherheit behafteten Parametern ermöglicht, um eine genaue Echtzeitprognose der PV-Erzeugung und der Last (Last von Elektrofahrzeugen) zu erhalten, wobei sowohl deterministische als auch probabilistische Ansätze berücksichtigt wurden.

Schlussbericht (Englisch)

In this project we propose and validate effective forecasting and optimal control algorithms to ensure efficient and secure operation of low voltage distribution grids, as well as flexibility provision from distribution grids toward upstream grids, under uncertainties. To this end, a two-levels rolling optimization framework to ensure optimal and secure operation of distribution grids under uncertainties is developed and experimentally validated in a reconfigurable low voltage distribution grid facility in Yverdon-les-Bains, Switzerland. The first level deals with prescheduling (e.g., day-ahead) of controllable resources in a time ahead basis using a novel distributionally robust programming method, whereas the second level deals with near-real time online scheduling of all the controllable resources. A techno-economic study has been performed to consider both the local and export ancillary services in the proposed optimization framework. Moreover, an appropriate forecasting system is developed to provide day-ahead and near real-time forecast of uncertain parameters, in accordance with the optimization framework to obtain accurate real-time forecasting of PV generation and load (electric vehicle load) focused on both deterministic and probabilistic approaches.

Zugehörige Dokumente

• Final report [PDF] 5'760 kB
• D1.1 Description of ancillary services provided within and from distribution grids [PDF] 2'856 kB
• D1.2 Relative costs and benefits of operational and scheduling options for distribution grids [PDF] 8'827 kB
• D2.1 Pre-scheduling forecasting systems and solution algorithms for distribution grids under uncertainties [PDF] 11'594 kB
• D2.2 On-line forecasting systems and solution algorithms for distribution grids under uncertainties for real-time control [PDF] 10'454 kB
• D2.3 Technical report including the validation of the forecasting systems using appropriate test bench and scenarios in a numerical environment [PDF] 3'411 kB
• D3.1-3.3 Pre-scheduling optimization model for distribution grids under uncertainties, and its solution algorithm; On-line optimization model for real-time control/scheduling of controllable resources in a distribution grid, and its solution algorithm; Technical report including the validation of the above optimization models using appropriate test bench and scenarios in a numerical environment [PDF] 7'946 kB
• D4.1-4.4 Validation case study and grid operation scenarios; Pre-validation report including results of the power grid simulation tool; Validation report including experimental validation of forecasting algorithms; Validation report including experimental test results in the ReIne laboratory [PDF] 4'381 kB

Schlussbericht (Französisch)

L'objectif de ce projet de recherche est de proposer et valider des algorithmes performants de prédiction et de contrôle optimale pour assurer un fonctionnement efficace et sécurisé des réseaux de distribution, ainsi que la flexibilité fournie par des réseaux de distribution vers le réseau moyenne/haute tension, tout en tenant compte des incertitudes. À cet égard, un outil d'optimisation en continue à deux niveaux pour assurer un fonctionnement optimal (le plus économique) et sécurisé des réseaux de distribution tout en tenant compte des incertitudes est développé et validé expérimentalement dans une reseux de distribution reconfigurable à Yverdon-les-Bains, en suisse. Le premier niveau (pre-scheduling optimisation) traite de la pré-planification des ressources contrôlables de manière anticipée (jour à l'avance ou quelques heures à l'avance) basé sur une nouvelle méthode de « distributionally robust programming », tandis que le second niveau (optimisation en ligne) traite de la planification en temps réel de toutes les ressources contrôlables. Une étude technico-économique a été réalisée pour prendre en compte les services auxiliaires locaux et d'exportation dans le cadre d'optimisation proposé. De plus, un système de prédiction est mis au point pour fournir une prédiction au jour avant et en temps quasi réel de paramètres incertains, conformément au modèle d’optimisation pour obtenir des prévisions précises en temps réel de la production photovoltaïque et la charge (y compris charge des véhicules électriques), en se concentrant sur des approches déterministes et probabilistes.