Machine Learning Accelerated Real-Time Model Predictive Control for Power Systems

模型预测控制 计算 计算机科学 电力系统 控制理论(社会学) 实时控制系统 弹道 控制工程 功率(物理) 控制(管理) 工程类 人工智能 算法 天文 量子力学 物理
作者
Ramij Raja Hossain,Ratnesh Kumar
出处
期刊:IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:10 (4): 916-930 被引量:12
标识
DOI:10.1109/jas.2023.123135
摘要

This paper presents a machine-learning-based speed-up strategy for real-time implementation of model-predictive-control (MPC) in emergency voltage stabilization of power systems. Despite success in various applications, real-time implementation of MPC in power systems has not been successful due to the online control computation time required for large-sized complex systems, and in power systems, the computation time exceeds the available decision time used in practice by a large extent. This long-standing problem is addressed here by developing a novel MPC-based framework that i) computes an optimal strategy for nominal loads in an offline setting and adapts it for real-time scenarios by successive online control corrections at each control instant utilizing the latest measurements, and ii) employs a machine-learning based approach for the prediction of voltage trajectory and its sensitivity to control inputs, thereby accelerating the overall control computation by multiple times. Additionally, a realistic control coordination scheme among static var compensators (SVC), load-shedding (LS), and load tap-changers (LTC) is presented that incorporates the practical delayed actions of the LTCs. The performance of the proposed scheme is validated for IEEE 9-bus and 39-bus systems, with ±20% variations in nominal loading conditions together with contingencies. We show that our proposed methodology speeds up the online computation by 20-fold, bringing it down to a practically feasible value (fraction of a second), making the MPC real-time and feasible for power system control for the first time.
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