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New approaches to dynamic equivalent of active distribution network for transient analysis = Neue Ansätze für das dynamische Äquivalent des aktiven Verteilungsnetzes für die Transientenanalyse
2016 & 2017
Dissertation, RWTH Aachen University, 2016
Druckausgabe: 2016. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2017
Genehmigende Fakultät
Fak06
Hauptberichter/Gutachter
;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2016-07-12
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2017-04572
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/689766/files/689766.pdf
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/689766/files/689766.pdf?subformat=pdfa
Einrichtungen
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
dynamic equivalent (frei) ; active distribution network (frei) ; transient analysis (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 621.3
Kurzfassung
Mit der zunehmenden Anzahl verteilter Generatoren auf der Verteilungsebene wird das dynamische Verhalten von aktiven Verteilungsnetzen (active distribution networks, ADNs) einen zunehmenden Einfluss auf die gesamte elektrische Anlage haben. Um eine Transientenanalyse eines derart großen und komplexen Systems durchzuführen, ist es weder praktisch noch notwendig, ein vollständig detailliertes Systemmodell anzuwenden. Eine Technik zur Erzielung hochgenauer und einfacher Äquivalente für ADNs wird immer wichtiger. In dieser Dissertation werden drei originale Äquivalentmodelle vorgeschlagen, um die Herausforderungen zu meistern, die sich aus der Größe und Komplexität der Transientenanalyse des Stromsystems ergeben. Ein dynamisches Äquivalentmodell mit fester Struktur (fixed-structure dynamic equivalent model, FDEM) wird durch die Integration von vier individuellen Äquivalentmodellen (individual equivalent models, IEMs) vorgeschlagen, die aus den physikalischen Modellen der elektrischen Ausrüstung approximiert werden. Das FDEM erscheint als Zustandsraum sechster Ordnung, was viel weniger komplex ist als die ursprünglichen Systeme. Es lässt sich problemlos in verschiedene Werkzeuge als modulare Komponente mit zu bearbeitenden Parametern integrieren. Die Ableitung der IEMs und der FDEM stellt den ersten ursprünglichen Beitrag dar. Ein adaptives dynamisches Äquivalentmodell (adaptive dynamic equivalent model, ADEM) wird durch die Formulierung eines Äquivalenzproblems in Bezug auf ein Markov-Entscheidungsprozessproblem vorgeschlagen, das unter Verwendung eines maschinellen Lernalgorithmus auf der Grundlage des bestärkenden Lernens (reinforcement learning) gelöst wird. Die Struktur des ADEM ist je nach Messdaten adaptiv und kann direkt für Online-Anwendungen eingesetzt werden. Es hält nicht nur eine einfache äquivalente Modellform, sondern bringt auch Flexibilität für eine äquivalente Modellstruktur. Die Umwandlung des Äquivalenzproblems zum Markov-Entscheidungsprozessproblem und die Lernfähigkeiten des ADEM sind der zweite ursprüngliche Beitrag. Ein random forest-basiertes dynamisches Äquivalentmodell (random forest-based dynamic equivalent model, RF-DEM) wird durch die Einführung eines randomisierten Lernrahmens mit Rückmeldungen von Ausgängen vorgeschlagen, in dem die Beziehung zwischen Inputs und Outputs unter Verwendung von RF als überwachter Lernalgorithmus trainiert wird. Das RF-DEM nutzt die einfache Implementierung und erfordert keine elektrische Modellierung und Näherungswissen für die Ableitung der entsprechenden Modelle. Die Gestaltung des RF-DEM bildet den dritten ursprünglichen Beitrag.With the increasing amount of distributed generators at the distribution level, the dynamic behavior of active distribution networks (ADNs) will have a more significant influence on the overall electrical system. To perform transient analysis of such a large and complex system, it is neither practical nor necessary to apply a fully detailed system model. A technique for obtaining highly accurate yet simple equivalents for ADNs is becoming increasingly important. In this dissertation, three original equivalent models are proposed to cover the challenges posed by the size and complexity of power system transient analysis. A fixed-structure dynamic equivalent model (FDEM) is proposed by integrating four individual equivalent models (IEMs), which are derived from approximation of the physical models of electrical equipment. The FDEM appears as a sixth- order state space, which is much less complex than the original systems. It can be easily integrated into different tools as a modular component with to-be-edited parameters. The derivation of the IEMs and FDEM presents the first original contribution. An adaptive dynamic equivalent model (ADEM) is proposed by formulating an equivalence problem in terms of a Markov decision process problem, which is solved using a machine learning algorithm based on reinforcement learning. The structure of the ADEM is adaptive depending on measured data and it can be directly applied for on-line applications. It keeps not only a simple equivalent model form but also brings flexibility for an equivalent model structure. The transformation of the equivalence problem to Markov decision process problem and the learning skills of the ADEM are the second original contribution. A random forest-based dynamic equivalent model (RF-DEM) is proposed by introducing randomized learning framework with feedbacks from outputs, which trains the relationship between inputs and outputs using RF as the supervised learning algorithm. The RF-DEM takes advantage of easy implementation and does not require electrical modeling and approximation knowledge for deriving the equivalent models. The design of the RF-DEM forms the third original contribution.
OpenAccess: 
PDF 
PDF (PDFA)
(additional files)
Dokumenttyp
Book/Dissertation / PhD Thesis
Format
online
Sprache
English
Externe Identnummern
HBZ: HT019363566
Interne Identnummern
RWTH-2017-04572
Datensatz-ID: 689766
Beteiligte Länder
Germany
