具有变量范围约束的潮流算法在OPF中的应用

提出一类新的电力系统最优潮流(OPF)算法.运用函数变换法模拟变量不等式约束,建立具有变量范围约束的潮流方程,并将目标函数与其上限值构成优化目标方程,与变量范围约束潮流方程一起组成扩展的变量范围约束潮流方程.该方程为非线性不定方程组.逐次收缩目标函数上限值,运用广义逆矩阵和牛顿-拉夫逊法求解,将OPF问题转化为一系列求解非线性不定方程组的一维优化逼近过程.介绍了以最小发电费用为目标的潮流优化问题和以最小有功网损为目标的无功优化问题的新算法,通过实例验证了算法的实用性.     

暂态稳定约束下的最优潮流

提出了求解暂态稳定性约束下最优潮流(OTS)的新方法。该方法把OTS分解为最优潮流(OPF)和最优控制2个子问题。最优控制在迭代中OPF运行点上求取相关机组在暂态稳定约束下的有功输出极限，并以此作为OPF计算的附加约束条件。如此交替求解上述2个子问题即可得出OTS的解。该算法将微分方程表示的约束等值成控制变量的不等式约束，即增补了与故障数目相关的不等式约束，因此，该求解OTS算法的实现相对简单，可处理多个预想故障，并要可采用其它有效的OPF非线性规划方法求解，复杂度与常规OPF相同。文章通过10机典型新英格兰系统上的算例说明了OTS新算法的有效性和合理性。     

基于互补理论的电力系统机组组合优化

针对同时具有离散和连续变量,非线性等特点的火电机组组合问题,在分析一般机组组合优化数学模型的基础上,尝试用连续化的方法建立连续变量和离散变量之间的关系,利用互补约束和最优化极值理论,构建了电力系统机组组合的互补约束优化模型。采用光滑NCP函数对建立的互补约束优化模型进行光滑处理,将其转化为一般的非线性规划问题,并用原对偶内点法进行求解。仿真结果表明:所提算法能有效处理含离散和连续变量的混合优化问题,具有很好的实际应用前景。     

利用凝聚函数代理非线性不等式约束的内点优化潮流算法

为加快电力系统优化潮流(optimal power flow,OPF)问题的求解,提出了利用凝聚函数法代理非线性不等式约束的优化潮流算法。鉴于优化潮流的数学模型中包括了大量的非线性不等式约束条件,尤其在计算大规模电力系统优化潮流时,对非线性不等式约束条件的处理耗费了大量的计算时间。文中将多个非线性不等式约束用一个凝聚函数代替,极大地减少了大规模电力系统优化潮流计算矩阵的维数,然后利用内点法进行求解。对IEEE大规模测试系统进行仿真,结果表明该混合算法具有收敛速度快、迭代迅速的优点。     

基于半光滑牛顿法的可用输电能力新算法

提出了计算电网可用输电能力(ATC)的一种新方法。将ATC计算问题描述为特定发电节点与负荷节点的交易量最大的优化问题,考虑了多种系统运行约束和交易规则约束。针对这一优化问题,通过引入非线性互补问题函数,将原优化问题转化为非线性方程组,并采用半光滑牛顿法进行求解。算法的显著优点是避免了不等式约束的识别问题,从而极大地提高了计算效率。IEEE系统的多个算例表明该方法非常有效,具有很好的应用前景。     

基于非线性互补方法的现代内点最优潮流算法

提出了基于非线性互补方法的最优潮流算法。引入非线性互补函数,将内点法中KKT条件的互补松弛条件约束转化为等式约束,并采用牛顿方法求解。该方法不必保证互补松弛变量为正数,可以从任意起始点出发,具有良好的收敛性。在确定最优步长的过程中,采用了新的效益函数,节省了大量的计算时间,并有效处理了算法在收敛过程中产生的振荡问题。数值计算结果表明,提出的算法具有很好的收敛性和计算效率,对于大规模电力系统具有很好的应用前景。     

基于NCP理论的光滑牛顿法在无功优化中的应用

采用经典的无功优化模型,以系统网损最小为目标函数。依据非线性互补理论,构造NCP函数,将KKT条件中的不等式约束转换为等价的非线性方程,然后用牛顿法求解。用同样的方法来处理离散变量,即构造一个与离散变量的约束条件等价的离散NCP函数,嵌入牛顿法中迭代计算。最后,由经典IEEE系统的计算结果表明：该算法收敛速度与传统方法相当,能有效降低网损,具有大范围收敛性。     

基于凝聚函数的电力系统无功互补优化模型与算法

基于非线性互补函数和凝聚函数提出了一种处理电力系统无功优化问题中离散变量的光滑化模型,并结合现代内点法对模型进行求解。所提方法首先在不考虑离散变量的情况下进行无功优化预计算,快速获取离散变量的两界,并以此构造互补约束条件;然后将互补约束转化为等价的非光滑方程组,并利用凝聚函数进行光滑逼近,从而将无功优化问题转化为一般的非线性规划问题进行求解,有效地解决了求解离散量时存在的时间与精度之间的矛盾。对30至1780节点系统的计算结果表明,该算法计算效率高、收敛性好,在求解含离散变量的大规模非线性规划问题中有很好的应用前景。     

基于EEAC的考虑暂态安全稳定约束的最优潮流计算

基于扩展等面积准则(EEAC)这一稳定性量化分析理论和算法,提出了求解含暂态安全稳定约束的最优潮流(OTS)计算方法.该方法将OTS分解为最优潮流(OPF)和暂态安全稳定预防控制2个子问题.基于安全稳定模式的预防控制在OPF运行点上求取满足暂态安全稳定约束的优化经济调整方案,据此将暂态安全稳定约束转化成相应控制变量的不等式约束,并以此作为OPF计算的附加约束条件,通过OPF和预防控制2个子问题的"相互解耦,交互迭代"得到OTS的解.以广东电网为仿真算例验证了算法的有效性.     

基于稳定约束的电力系统稳定平衡解模型

为直接计算电力系统的静态稳定解,提出了基于稳定约束的稳定平衡解模型,并对该模型提出了一种直接求解稳定平衡解的新方法。通过稳定约束与电力系统典型的平衡方程结合,建立了稳定平衡解模型;稳定约束由非线性半光滑代数不等式构成,针对不同稳定类型所对应雅可比矩阵的特性,运用矩阵变换、谱函数性质等数学理论构造了不同的稳定约束表达式。利用牛顿光滑化方法将该模型转换为光滑方程,从而解决了稳定平衡解模型的数值求解问题。稳定平衡解模型将非稳定解排除在可行解之外,使求解过程得到简化,避免了计算稳定极限和求多个平衡解等复杂过程,而且通过参数调整能满足更高的稳定性能要求。通过典型的电力系统的数值计算,验证了所提方法的有效性。     

Optimal Spinning Reserve Allocation with Full AC Network Constraints Via a Nonlinear Interior Point Method

An effective optimal spinning reserve allocation (OSRA) method is proposed in this paper using Optimal Power Flow (OPF). It enables optimal allocation of spinning reserve and load curtailment incorporating full AC network constraints and dynamic restriction on generation such as ramp-rate constraints. A Primal-Dual Interior Point (PDIP) method, which can efficiently handle both equality constraints and inequality constraints, is employed to solve the formulated dynamic OPF problem. In this model, spinning reserve and load curtailment constraints impose an interdependency between the generation output of units which usually are separable in conventional Newton OPF. A decomposition algorithm is therefore derived to handle the interdependency so that the constraint matrix of generation and that of network can be handled separately by slightly changing the entries of Hessian matrix. Therefore, the proposed method is not only still able to utilize the elegant super sparsity technique of Newton method, but also eliminates its ineffective binding active set determination procedure. Furthermore, the influences of spinning reserve on spot price (SP) are also discussed. A shift effect is observed.     

一种基于Karmarkar内点法的最优潮流算法

以原－对偶内点算法（Ｋａｒｍａｒｋａｒ内点法的一种变形）为基本算法解算最优潮流问题，综合考虑非线性目标函数和约束条件，结合牛顿法最优潮流先进的稀疏矩阵技术，并且提出了一种新的原－对偶内点算法迭代步长选取原则和障碍参数修正策略。算例表明本算法有较好的数值稳定性，优化结果精确，对不等式约束有较强的处理能力，显示了内点算法应用于大规模电力系统优化问题的良好前景。     

计及发电机报价和负荷消费意愿的可用输电能力计算

提出一种在电力市场环境下考虑经济性约束的区域间可用输电能力的计算方法,建立了在系统每一运行点都能根据发电机组报价经济地分配其有功出力并限制各节点电价在某一可行范围内的数学模型,其目标函数是购电区域内负荷的增长量最大,约束条件为系统的安全性约束和经济性约束,更符合电力市场的实际情况.采用主从递阶决策求解数学模型,并利用非线性互补问题函数的近似半光滑牛顿算法处理底层优化问题所带来的不等式约束.以IEEE 30节点系统为例进行仿真并对计算结果予以分析,验证了所提出的方法的合理性.     

An interior point nonlinear programming for optimal power flowproblems with a novel data structure

This paper presents a new interior point nonlinear programming algorithm for optimal power flow problems (OPF) based on the perturbed KKT conditions of the primal problem. Through the concept of the centering direction, the authors extend this algorithm to classical power flow (PF) and approximate OPF problems. For the latter, CPU time can be reduced substantially. To efficiently handle functional inequality constraints, a reduced correction equation is derived, the size of which depends on that of equality constraints. A novel data structure is proposed which has been realized by rearranging the correction equation. Compared with the conventional data structure of Newton OPF, the number of fill-ins of the proposed scheme is roughly halved and CPU time is reduced by about 15% for large scale systems. The proposed algorithm includes four kinds of objective functions and two different data structures. Extensive numerical simulations on test systems that range in size from 14 to 1047 buses, have shown that the proposed method is very promising for large scale application due to its robustness and fast execution time     

求解非光滑燃料费用函数的基于进化规划的机组最优潮流

提出求解具有非光滑燃料费用函数的存在爬坡率限制的最优潮流方法。针对两次、阶梯形、联合循环机组的非光滑燃料费用函数,介绍一个基于进化规划的算法。在该算法中,为避免早熟,交叉操作随后代的数目非线性变化。介绍了所提出的进化算法应用于有线路约束的IEEE30节点系统和印度62节点系统的情况。以MVA为单位的线路潮流直接采用牛顿-拉夫逊法计算。算例证明所提出的进化算法简单,对求解具有非光滑燃料费用函数的存在很多约束的最优潮流问题有效。     

Numerical experiments with an optimal power flow algorithm based onparametric techniques

This paper presents the results of numerical experiments with a new optimal power flow (OPF) algorithm based on a parametric technique. The approach consists of relaxing the original OPF problem by incorporating parametric terms to the objective function, the equality and inequality constraints. Such relaxation assures that any arbitrary initial solution, feasible or unfeasible, be the optimal solution of the OPF problem. As the scalar parameter changes, a family of OPF problems is created, whose necessary conditions are solved by Newton's method. An efficient strategy is proposed for updating the parameter and the optimal set of active inequality constraints of each intermediate problem. Two applications of the methodology are reported: the economic dispatch problem and the minimum transmission loss problem. These problems were solved for an 810-bus and a 2256-bus equivalent network of the South/Southeast interconnected Brazilian power system. The results show that the parametric approach is robust and efficient when applied to large-scale OPF problems     

基于内点割平面法的混合整数最优潮流算法

提出了一种采用内点割平面法求解混合整数最优潮流(OPF)的算法。该算法循环执行3个步骤：①求解OPF的可行解并将其线性化；②从线性内点法的最优解中判断基变量；③根据基变量产生混合整数割平面。与单纯形割平面法相比，内点割平面法不仅简单易实现，计算效率高，而且随着问题规模的增加，更能发挥其多项式时间特性的优点。文中还对退化问题的处理以及稀疏技巧的应用进行了深入的讨论。通过对IEEE典型系统的数值仿真计算显示出所提算法对于大型电力系统最优潮流问题的精确求解是非常有效的。     

实时电力市场阻塞管理算法研究

作者提出了一种新的优化类算法用于解决实时电力市场的阻塞管理问题。基于市场成员的调整报价,实时阻塞管理问题被描述为调整成本最小的优化问题。通过将优化问题转化为等价的非线性方程组,避免了起作用约束的识别问题,提高了计算效率;方程组的求解利用了半光滑牛顿类算法,从而具有较快的收敛速度;步长搜索策略的使用确保了算法的全局收敛性,从而使算法具有较强的鲁棒性。算例分析以及与传统算法的比较证明,本文的算法是一种有效的阻塞消除算法。