基于分布式最优潮流算法的跨区输电阻塞管理研究

使用辅助问题原理(APP)和序列2次规划(SQP)的分布式最优潮流算法来解决跨区域的输电阻塞问题。研究大系统互联电网的最优潮流优化(OPF)策略，分析电网分区的分解协调模型，使用APP来解决区域耦合约束，将一个大的电网互联系统分解成多个区域子问题。跨区域阻塞管理问题可描述为调整成本最小的优化问题，通过区域分解把跨区域阻塞管理问题分解为多个区域的SQP问题，这些问题可在分布并行的方式下求解。对3个区域互联的IEEE RTS-96算例进行分析，结果表明该文算法是一种有效的跨区域输电阻塞消除算法，在电力市场中有良好的应用前景。     

一种求解交直流互联电网分布式最优潮流的同步ADMM方法

对于具有多个调度中心的大规模多区域交直流互联电网,对最优潮流计算进行分布式求解更符合信息的保密性和安全性需求。通过将联络线复制同时放到相邻分区中和引入边界变量一致性约束的方法建立交直流互联电网分布式最优潮流模型,并提出了一种完全分布式的不需要任何协调中心的同步交替方向乘子法(Synchronous Alternating Direction Method of Multipliers,SADMM)求解最优潮流模型。对于交直流系统直流部分的网络分区,提出将换流站保留在各自区域中只将中间直流线路复制的直流联络线处理方法。SADMM通过对高斯赛德尔型ADMM(GS-ADMM)进行改进,将当前迭代得到的相邻区域边界节点电压值的加权平均作为下一次迭代的固定参考值,实现不同区域间的并行同步计算。并根据优化问题的特点,确定算法中惩罚因子的合理取值,以加快算法的收敛性。以某一实际大规模交直流互联电网和两个修改的IEEE交直流系统为例,通过与集中式最优潮流计算比较,验证了所提算法的正确有效性。     

基于辅助问题和序列二次规划法的电网分区并行最优潮流算法

针对传统集中式潮流计算存在的问题,建立基于电网分区的分解协调模型.采用构造辅助问题(AP)的方法进行分布式并行计算,将大型互联电网最优潮流问题分解为多个子网的并行潮流优化问题,在每个子网中,采用序列二次规划法求解子系统的的优化问题.基于地域的系统分解与协调符合电网市场的发展方向.仿真结果表明,该算法具有收敛性和快速性     

互联电网联网最优潮流模型及其算法

提出了考虑区域间传输断面交易功率约束的互联电网联网最优潮流模型及其算法。该模型中,以网损最小为目标函数,其约束条件中包含了系统的潮流约束、传输断面的有功功率约束以及系统各个变量的运行约束,由此不但可以满足区域断面之间的交易功率约束,而且能保证互联电网的优化运行。针对目前互联电网分层分区管理的特点,根据此最优潮流模型,采用母线撕裂法对互联电网进行切分,建立了相应的分解协调模型,并采用分解协调内点法求解,以进一步提高模型的求解效率。通过对4个测试算例的仿真分析,证明了文中所述模型及其算法的正确性及有效性。     

基于多调度控制中心的分解协调状态估计

针对区域互联大电网集中式状态估计实时性、快速性和鲁棒性效果差的问题,提出了基于多调度控制中心的分解协调状态估计方法。该方法在电网分层分区的控制管理模式下采用节点分裂法将电网进行实时动态分区,将全网状态估计范围分解成电气主网和多个子分区,建立全网状态估计分解计算模型,基于电气主网和子分区的边界量测不匹配量及边界量测灵敏度迭代求解子区域状态量,实现主网和子分区状态估计结果的协调。在模型中心形成全电网状态估计结果以满足基于全网大模型的潮流计算、安全稳定分析等高级应用的计算需求。在D5000系统中的实际应用证明所提出的分解协调状态估计算法具有较高的准确性、收敛性和计算效率。     

多区域并行协同的多目标分布式帕累托最优潮流算法

在开放电力市场的环境下,各区域电网合作与利益博弈共存,区域电网之间的信息保密问题显得愈发重要。现有的帕累托最优潮流求解方法均属于集中式算法,在优化时需要获知全网的信息,无法满足高私密性以及高可靠性的要求。在该背景下,寻求一种去中心化的分布式优化方法以保障系统内各区域电网的信息安全显得尤为重要。基于此,文中提出了一种多区域并行协同的多目标分布式帕累托最优潮流求解算法。该算法以法线边界交叉法为基础,将整个系统的多目标潮流优化问题分解为与多个子区域对应的子优化问题。每个子区域采用独立的优化器完成子问题的优化,区域之间仅交换联络线上的边界变量以及虚拟目标因子进行全局调整,不断逼近原问题的帕累托最优解集。IEEE 118节点算例仿真结果表明:所提算法可在有效实现多目标帕累托最优潮流分布式并行求解的同时,还可提高求解精度和减小计算内存,从而适用于在开放电力市场背景下各区域电网合作与利益博弈共存的运营模式。     

基于拉格朗日对偶松弛的多区域柔性直流互联电网无功优化

现有方法对互联后的电网进行无功优化时难以满足大规模电网实时计算、快速反应的需要,并且面临全网数据收集的难题。为了解决上述问题,采用分解协调算法的思想,提出一种基于拉格朗日对偶松弛的多区域柔性直流互联电网无功优化方法。首先根据支路潮流模型,利用二阶锥松弛和二次旋转锥松弛方法建立了多区域柔性直流互联电网的集中式无功优化模型。然后利用拉格朗日对偶松弛理论在集中式优化模型的基础上,提出了可以并行计算的多区域柔性直流互联电网无功优化方法。通过算例计算,验证了所提算法的有效性和正确性。此外,还对比分析了所述的分解协调算法和基于交替方向乘子法(ADMM)的分布式优化算法的计算结果,证明所用算法在计算时间上更具优势。     

含风电并网的直流互联电网分散协调调度方法

对于含风电并网的直流跨区互联电网的日前安全约束机组组合问题,提出了基于目标级联分析法的分散协调调度模型。为充分利用直流联络线的灵活调整能力以提高风电的跨区消纳能力,对直流联络线的灵活运行特性进行了精细化建模,在此基础上,将直流联络线输送功率和发电机出力协调优化,将日前发电计划问题分解为上级调度中心负责互联区域间直流联络线潮流的协调优化主问题,以及下级调度中心以并行的方式独立优化各区域电网发电计划的子问题。以2区域12节点直流互联系统和由新英格兰39节点系统修改的2区域直流互联系统为例,验证了方法的有效性。结果表明所提方法符合我国电网分层分区的调度模式,并有助于提高风电的消纳能力。     

考虑风电接入的交直流互联电网动态最优潮流

针对考虑风、火协调的交直流互联电网日前经济调度问题,提出了时空协调、主子迭代的复杂交直流互联系统建模及求解框架,以降低该高非线性问题的求解复杂度。通过精细化考虑交流潮流、直流输电系统稳态运行特性、双馈风电机组及无功补偿装置特性等运行约束条件,建立了风、火、直流线路协调优化的日前动态最优潮流主、子问题模型,在确保日前计划潮流、电压不越限的前提下,为有功、无功协调优化奠定了模型基础。为求解该复杂非线性优化问题,文中基于Benders分解法提出了主、子问题并行高效迭代的求解算法,在保证求解最优的前提下,有效提高了求解效率。算例分析从安全性、经济性、收敛性、高效性等方面验证了文中所述模式、模型和求解方法的有效性。     

多区域输电阻塞管理的拉格朗日松驰分解算法

提出一种新的基于增广拉格朗日松驰的区域分解最优潮流算法,将一个大的最优潮流问题分解成多个区域子问题,并用此算法求解多区域电力市场输电阻塞管理问题,与现有的其他方法相比,该算法的主要优点在于无需在原始网络模型的基础上增加任何虚拟发电机或负荷,通过将该算法与电力市场实时平衡机制相结合,多区域有力阻塞管理问题可以分解为单区域二次规划子问题。这些子问题可以顺序求解也可以并行求解。采用这一方法,所有的区域市场独立调度员在得到不到其他区域网络信息的情况下仍然可以相互协作消除网络阻塞,在这一过程中,惟一需要进行区域间交换的信息是与区域间“耦合”约束相对应的拉格朗日乘子,最后,通过分析3区域的IEEE RTS－96标准测试系统说明了该方法的有效性。     

The decomposition and computation method for distributed optimal power flow based on message passing interface (MPI)

This paper investigates the decomposition and computation method for the distributed optimal power flow (DOPF) based on message passing interface (MPI) framework in large-scale interconnected power grids. Firstly, a DC-DOPF model and an AC-DOPF model are introduced respectively. Next, a new equivalent decomposition model to be used to solve DC-DOPF and AC-DOPF is proposed. It decomposes the OPF computation of large power grid into the sub-problems of interconnected multiple regions. Then, two different decomposition methods, i.e., partial duality and auxiliary problem principle (APP), are used to solve interconnected DC-DOPF and AC-DOPF, respectively. DC-DOPF and AC-DOPF are modeled as multiple base-cases OPF to get the runtime status in real time. Finally, several experiments are implemented based on multiple interconnected IEEE RTS-96 regions and IEEE 118 test regions. The computational results illustrate that the proposed decomposition and computation methods for DOPF based on MPI are applicable and effective, and it can be as a useful computation method for interconnected power system.     

含大型风电场的电力系统多时段动态优化潮流

大型风电场的并网对电力系统的优化运行提出了新的挑战。该文对含风电场的电力系统优化潮流问题进行了研究，建立了多时段动态优化潮流模型，为了考虑风速随机变化的特点，提出了分时段策略，将风机在每个时段输出功率的期望值用于优化潮流的计算。文中对现有含风电场的潮流计算方法进行了分析，推导了异步风力发电机的无功－电压特性方程，在此基础上提出了含风电场的潮流计算新方法，并将其应用于提出的动态优化潮流模型中。算例表明该方法是有效的，具有一定的实用性。     

考虑直流固态断路器通态压降的低压直流配电网最优潮流

在直流固态断路器的实际应用中发现,其通态压降将对低压直流配电网的系统潮流产生不可忽略的影响。因此,文中对考虑直流固态断路器通态压降的低压直流配电网最优潮流(OPF)问题进行研究,建立了只包含连续变量的直流固态断路器稳态模型,从而可以方便地使用现有方法对该问题进行求解。通过RT-Lab仿真实验和对不同电压等级直流配电网的潮流分析可知,对于低压直流配电网而言,直流固态断路器的通态压降不可忽略,否则将导致较大的电压、功率计算误差,严重时将影响系统运行安全。此外,基于RT-Lab仿真平台,分别在考虑和不考虑断路器通态压降的情况下,对低压直流配电网OPF指令的控制效果给予验证。仿真结果表明,在低压直流配电网OPF中,考虑直流固态断路器的通态压降是必要的,并且所得到的指令可较为可靠地控制系统状态使其维持在可行域范围内。     

兼顾电压稳定的互联电网电压／无功协调控制

互联电网各控制中心在进行电压/无功控制时有必要采用协调控制手段,以实现无功的合理分布,避免控制振荡。文中以互联电网网络方程为基础,分别推导了基于L指标的节点最优无功注入量和对应电网有功网损最小时的节点最优无功注入量。进而根据分解协调计算思想,设计了兼顾电压静态稳定性和经济性的互联电网区域电压/无功协调控制模型。最后分别通过两种互联电网模型的仿真实验,验证了所提出的兼顾电压稳定的互联电网电压/无功协调控制的机理与方法的正确性与有效性。     

含大规模风电场的电力系统线性化最优潮流计算

考虑随机因素的最优潮流(optimal power flow,OPF)计算属于非线性计算,随着系统规模增大,计算难度大大增加,计算效率低,难以满足电力系统在线计算分析要求。针对含大规模风电场的电力系统,首先利用近似简化方法对传统考虑风电不确定性的最优潮流模型进行线性化处理,同时利用拉丁超立方采样进行风电场景生成,基于场景削减技术获得概率测度较大的少数风电场景;然后建立一种新的考虑风电不确定性的线性化最优潮流模型;最后利用简化内点法进行求解。IEEE 300节点、Polish 2 736节点系统的计算结果表明,考虑风电不确定性的线性化最优潮流精度高、计算时间短、适用性强。     

基于简化预测—校正内点法的拟直流最优潮流

在大规模电力系统最优潮流的在线计算应用中,传统直流最优潮流算法虽然有着很高的计算效率,但是由于其完全忽略了电压和无功功率的影响,计算结果精度偏低。文中通过引入无功功率来修正有功功率平衡方程,提出了基于拟直流模型的最优潮流算法。为进一步提高计算效率,提出了一种简化预测—校正内点算法,该算法通过对最优潮流模型中不等式约束进行简化处理,形成只含上限约束的广义不等式约束,大大简化了程序的编写。通过对IEEE 30,118,300节点系统以及Polish 2 736,3 120节点系统的仿真测试,验证了算法的可行性和有效性。     

考虑限幅约束的多区域互联电网全分布式潮流算法

多区域互联电网中有大量限幅非光滑约束,增加了潮流模型的非凸性。针对传统基于启发式规则处理限幅的分布式潮流算法在计算过程中容易出现收敛性问题,提出了一种能鲁棒性处理非光滑约束的互联电网全分布式潮流计算方法。首先根据分层分区调度模式对电网进行分区,并将模型中非光滑约束进行光滑处理,然后基于具有二阶收敛速度的双层交替方向非精确牛顿法,将潮流问题转化为求解最优步长增量的问题。基于零空间法(Null-Space) 对状态变量的系数矩阵进行降维处理,采用共轭梯度(Conjugate Gradient, CG)算法更新每个分区的对偶乘子,乘子更新过程中利用二阶信息提高了算法的收敛性。多区域间进行分布式计算时无需协调层参与,仅需通信少量边界信息,因此通信负担轻。最后,以30节点和182节点系统为测试算例,验证了所提方法在设置恶劣初值和处理非光滑约束时具有较高的精确性和较好的收敛性。