计及VSC和DFIG的电网动态无功优化模型

近年来,一系列特高压直流工程的投运和大型风电场等新能源的并网给特高压近区电网无功控制带来了新的挑战。为解决含柔性直流的交直流混联电网的无功优化控制问题,提出了含电压源换流器(Voltage Source Converter, VSC)并考虑双馈感应风机(Doubly-Fed Induction Generator, DFIG)无功支撑的动态无功优化模型。该模型以交直流电网全天网损最小为目标函数,约束包括交直流系统的潮流约束、直流变量的控制约束、离散控制变量动态调节次数约束及节点电压的安全约束。原模型是一个多时段非线性混合整数规划问题,缺乏快速有效的求解方法,通过线性化技术将原模型转化为能有效求解的二阶锥规划(Second Order Cone Programming, SOCP)问题。以IEEE30节点系统为例,通过仿真计算验证了所建模型和算法的有效性。     

应用线搜索滤波器内点法求解最优协调电压控制问题

基于准稳态模型,协调电压控制问题表示为含连续-离散时间的微分-代数方程约束的最优控制模型。采用直接动态优化方法求解该代数-微分方程优化问题。利用Radau排列法将研究时间段划分为有限个区间,将所有状态变量、代数变量和控制变量在每个区间内用一系列多项式近似,从而将动态优化问题转化为非线性规划问题。引入一种改进的原对偶内点法求解该非线性规划模型。基于线搜索滤波器的内点法有着良好的收敛性能,能快速获得最优解。从IEEE 17机162节点系统的仿真结果看出,该方法能求出有效控制量以增强系统的长期电压稳定性。     

基于区间建模的新能源电网无功优化技术∗

为了提高新能源电网供电的稳定性和可靠性,结合新能源发电波动特点,提出一套基于区间建模的新能源 电网无功优化方案.该方案在实际运用中,首先,结合相关不确定参数,完成对区间无功优化模型的构建,并利用区 间潮流算法,对区间潮流方程进行精确化求解,从而获得相应的状态变量区间,使得控制变量表现出较高的可靠性和 可行性;然后,利用改进优化后的粒子群优化算法对区间无功优化模型进行精确化求解,使得算法寻优能力得以显著 提升;最后,为了验证所提方案的可靠性和有效性,使用IEEE１４节点系统,采用仿真计算的方式,全面分析和对比 该优化方案与自适应遗传算法、普通粒子群算法的差异性.仿真结果表明,与以上两种算法相比,所提出的改进粒子 群的区间无功优化方案具有较高的寻优能力,还加快了收敛速度,提高了模型离散变量处理的有效性和可靠性.这说 明所提出的优化方案不仅可以从根本上解决区间无功优化问题,还能确保新能源电网电压的稳定性.     

无功优化协同进化计算的控制变量分区方法研究

在无功优化协同进化计算中,将控制变量合理地分区分组是算法正常运行的前提,也是获得良好并行性能的关键。参考无功优化控制变量分区问题与分级电压控制中电网分区问题之间的关系,提出将控制变量分区问题转换为降阶电网分区问题,并构造降阶电网分区优化模型。在此基础上,引入种子分区编码方法,提出一种能自动确定分区数目的方法。该方法使用向上归并法进行初步分区,降低了分区规模,并采用种子分区编码法将分区数目等信息编入染色体,解决了分区数目难以确定的问题。系统计算表明,新分区方法能自动确定分区数目,快速地对系统控制变量进行合理地划分。将该方法应用到协同进化计算中,能提高协同进化计算的并行性,保证算法寻优效率。     

暂态电压安全预防控制优化的轨迹灵敏度法

建立电力系统暂态电压安全分析的微分代数方程组模型,并提出求解其预防控制优化问题的暂态电压安全约束最优潮流模型。在该模型中,暂态电压安全约束包括防止系统发生暂态电压失稳和暂态电压延时恢复2个方面;目标函数为系统运行费用最小;控制变量为发电机的有功输出、无功输出、有载调压变压器变比和并联电容器组投入电纳。基于轨迹灵敏度法,得到暂态电压安全约束函数与控制变量之间的近似线性增量关系,从而将优化控制模型转化为非线性规划模型。引入二次罚函数处理变压器变比和并联电容器组电纳等离散控制变量,并采用非线性原对偶内点法求得优化模型的解。对IEEE39节点系统的分析计算验证了所提出的优化模型和算法的正确性和有效性。     

基于协同进化遗传算法的地区电网电压优化与治理研究

大区域电网互联使系统趋于复杂化,传统数学方法处理电压优化与治理问题时存在较大的局限性,采用合作型协同进化遗传算法对电压优化与治理进行研究,考虑提高电压合格率和新增无功补偿装置投资成本最小化建立数学模型,将电压优化问题的控制变量进行合理划分,降低了搜索空间的运算复杂度,协同进化搜寻最优解。算例结果分析表明,该方法可以有效提高电网的电压合格率,具有良好的收敛性能,有助于求解大规模电网电压优化与治理问题。     

基于变电站九区图调节的地区电网分层无功优化

根据地区电网的实际管理模式,提出了基于变电站九区调节的地区电网分层无功优化方法:将地区电网分成次输电电网和配电网。先对次输电网进行无功优化时,将配电网等效为负荷,此时控制变量少,采用传统算法可以快速求解。在此基础上,再采用九区图方法调整配电网的无功电压,进行迭代,逐层进行无功优化直到问题收敛。实际算例表明,这种方法优化了地区电网的运行,提高了无功优化的计算速度,并且更符合实际电网的管理模式,为地区电网无功电压调节提供了有益参考。     

基于改进差异进化算法的地区电网无功/电压实时优化控制研究

结合无功/电压实时优化控制模型提出了一种基于改进差异进化算法的地区电网无功/电压实时优化控制实现方法。该方法将差异进化算法与无功/电压控制特点相结合以改善初始种群质量、缩小寻优空间、进行"约束指导"与分群寻优提高算法的计算速度和效率。以某一实际地区电网为例进行无功/电压实时优化仿真计算,结果表明,所提算法和策略是可行、有效和实用的。     

基于可信理论的多目标模糊机会约束无功优化

大规模间歇性电源并入电网,其出力的不确定性给电网无功优化带来很大影响。针对间歇式电源出力和负荷的不确定性,将间歇式电源出力和负荷采用梯形模糊参数表示,对传统确定性无功优化模型进行改进,并结合可信性理论和模糊机会约束规划,建立含多模糊参数的多目标模糊机会约束无功优化数学模型。在解法上,通过模糊潮流求解目标函数和约束中的可信度,利用目标隶属度函数和交互满意度将多目标优化转换为单目标优化,并采用蝙蝠算法对模型进行求解。算例结果表明,所提多目标模糊机会约束无功优化模型和算法,能够适应在间歇性电源出力和负荷为模糊参数情况下的电压无功控制优化。     

基于变电站九区图调节的地区电网分层无功优化

根据地区电网的实际管理模式，提出了基于变电站九区调节的地区电网分层无功优化方法：将地区电网分成次输电电网和配电网。先对次输电网进行无功优化时，将配电网等效为负荷，此时控制变量少，采用传统算法可以快速求解。在此基础上，再采用九区图方法调整配电网的无功电压，进行迭代，逐层进行无功优化直到问题收敛。实际算例表明，这种方法优化了地区电网的运行，提高了无功优化的计算速度，并且更符合实际电网的管理模式，为地区电网无功电压调节提供了有益参考。     

基于下垂控制的直流电网线性潮流计算研究

为解决分布式电源输出电压和输出功率不固定,传统迭代潮流算法对含有分布式电源的直流电网潮流计算不再适用的问题,提出基于下垂控制的改进牛拉法及其线性潮流算法。首先,分析了基于下垂控制方式的分布式发电单元和所有负荷类型的数学模型。然后,对改进的牛拉法进行泰勒级数展开并推导出线性化潮流算法,该模型不仅适用于孤岛运行和并网运行模式,还可直接处理径向或环网状网络。最后,通过节点算例分析验证所提算法的正确性和有效性,并证明该算法具有较好的计算精度和计算效率。     

基于区间算术的含分布式电源电网无功优化方法

为了解决分布式电源出力不确定性以及负荷波动性所带来的影响,提出一种基于区间数的含分布式电源电网无功优化方法。介绍区间数和区间算术的概念并建立区间潮流模型;建立含分布式电源电网区间无功优化模型的目标函数和约束条件,并给出采用粒子群算法求解区间无功优化模型的步骤;最后通过Matlab对一个修改后的IEEE14节点系统进行区间无功优化仿真计算,并采用粒子群算法对单一潮流断面进行无功优化验证了所提算法的正确性。仿真结果表明,基于区间算术的无功优化方法能够在计及电网不确定性因素情况下,使得电网趋优运行。     

基于量子人工蜂群算法的风电场多目标无功优化

为了分析风机的不确定性出力对电网运行的影响,建立了风电场的概率模型,利用两点估计法(2PEM)进行概率潮流计算。然后,建立了综合考虑有功网损、电压偏移量和静态电压稳定裕度的多目标无功优化模型,并通过层次分析法(AHP)确定各个目标函数的权重,避免了人为主观臆断性。提出了量子人工蜂群算法,并将该算法和前述的概率潮流计算相结合应用到风电场无功优化当中。最后,以IEEE 14节点系统为例,将风电场接入该系统进行无功优化,并和传统的人工蜂群算法(ABC)进行比较,结果表明量子人工蜂群算法优化效果更好,具有更高的收敛精度,有效地避免了早熟现象。     

海上油田群电网的综合潮流优化控制

将发电控制、电压控制和潮流优化结合在一起,综合考虑电网的功率约束、电压质量和经济性指标,建立了海上油田群电网的潮流优化控制模型,并给出了其求解方法。通过将海上油田群电网潮流优化控制问题转化为一个多目标非线性优化问题,从而设计并实现了一套基于内点法和分支定界法的优化求解算法,并通过调整目标权重来适应海上油田群电网各种运行控制模式的需求。采用涠西南油田群电网实际数据进行测试,表明适当设定权重参数可在保证电压质量、功率平衡的基础上,优化机组的出力,获得经济运行的效果。     

An overall cost based on optimal power flow control method of dual‐source distribution network with closed‐loop operation using UPFC

Supply reliability can be effectively improved by a normally closed‐loop operation of a distribution network with dual sources, in which there might be large circulating power flow. A unified power flow controller (UPFC) has the powerful capability to adjust the power flow, but it would face a technoeconomic bottleneck when applied to the distribution system. Based on the constant current load model, the power flow distribution of a normally closed‐loop distribution network with dual sources is analyzed, and the relationship between the network loss, the voltage deviation of load nodes, and the compensated voltage is deduced. Then, the optimal power flow control model is presented considering such economic factors as the network loss, the voltage deviation of load nodes, and the cost of the apparatus used to produce the compensated voltage. In order to simplify the problem of multiobjective optimization into a single‐objective optimization model, the fuzzy membership functions and their weight coefficients of the network loss, the voltage deviation, and the UPFC's cost are designed, and the weights are determined according to their contribution in economy. The optimal control model is solved with the global optimal algorithm. Simulation results based on PSCAD prove that this method can ensure overall economy of the system with balancing the power distribution, controlling the node voltage deviation, and decreasing the active power loss of the network effectively. © 2016 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

高压柔性直流电网分层协同自适应下垂控制

为实现直流电网的潮流优化及扰动后不平衡功率的合理分配,提出一种直流电网分层协同自适应下垂控制策略。其中,系统控制层基于各站直流电压、有功功率等信息,以直流电网运行中网损和直流电压偏差最小为优化目标,实时分析并优化各站的直流电压、有功功率指令,以实现稳态时直流电网潮流最优;换流站控制层以本地信号为依据,综合考虑各换流站功率裕度以及电压偏差影响,通过实时自适应调整下垂系数,合理分配扰动后直流电网内部的不平衡功率,同时减小直流电压的偏差。系统控制层的指令值优化与换流站控制层的下垂系数优化协同作用,实现直流电网功率的协调控制。以七端直流电网为例的仿真结果验证了所提策略的有效性和优越性。     

含直流潮流控制器的交直流混合系统多目标最优潮流研究

直流潮流控制器是直流电网潮流分析与控制领域的研究热点,一般安装在枢纽换流站的直流母线处,能够有效提高直流电网的潮流控制自由度。在交直流混合系统中加入直流潮流控制器并在直流电网中建模,把网络损耗、静态电压稳定指标和电压偏移量作为优化目标进行潮流优化,依据优化结果协调换流站和直流潮流控制器分步调整交直流系统潮流,实现了换流站和直流潮流控制器的协调控制。利用所提出的协调控制方法可使系统从某个状态安全稳定地过渡到另一个状态,在提升系统经济效益的同时,也可以减小网络损耗、电压偏移量,提高静态电压稳定裕度。利用Matlab对混合系统进行潮流优化,以一个五端混合系统为例,验证该方法的有效性。     

基于改进Tabu搜索算法的区域电网无功优化

为了满足无功优化的实时控制要求,提出了考虑静态电压稳定的区域电网无功优化方案。该方案采用改进的Tabu搜索算法,以有功网损最小为目标进行无功优化,记录优化过程中搜索得到的前10位最优网损解;然后对这10个最优网损解进行静态电压稳定裕度计算,再运用模糊集理论,将网损最小和静态电压稳定裕度最大两个目标的优化问题转化为单目标优化问题。通过算例仿真,证明了改进Tabu算法适合于解决区域输电网无功优化问题,同时也验证了本文提出的考虑静态电压稳定性的区域输电网二级无功电压控制方案是可行的,有效的。     

适应分布式电源的输配电网协调潮流算法

针对未来分布式电源逐渐增多的背景,输、配电网间潮流耦合关系将趋于复杂化,必须将输电网、配电网潮流统一进行分析。对此,建立了以输电网与配电网边界节点电压为协调变量的全局电网分解协调计算方法,其协调量来自电压无功灵敏度,分解协调的信息就地采集,易于实施。通过算例验证表明,该方法不但能适应当前电网潮流的统一计算,而且对于分布式发电占相当比例的未来电网同样具有很好的适应性。     

基于群搜索算法的电力系统无功优化

为了提高电力系统的运行效率和经济性能,用群搜索优化算法(Group Search Optimizer)对电力系统各控制变量进行合理配置,以此减少电力系统无功损耗。群搜索优化算法是一种新兴的群智能优化算法,该算法把群成员分为发现者、追随者和游荡者三种,其中游荡者的位置随机选定,这有效地避免了其他算法容易陷入局部最小值问题。选定电力系统中无功投入量、电压变比、发电机端电压等作为控制变量,通过群搜索优化算法对控制变量进行迭代计算和潮流计算,最终计算出最小的网络损耗及其对应的控制变量值。最后用Matlab7.6对IEEE-14、30节点系统进行仿真,并与其他群智能优化算法进行对比,结果显示,群搜索算法的收敛较快且稳定,最终证明了群搜索算法对无功优化的优越性。