主动配电网最优潮流研究及其应用实例

最优潮流研究在配电网规划运行中不可或缺,且在大量分布式能源接入的主动配电网环境下尤为重要。传统的启发式算法在全局最优解和求解速度上均无法满足主动配电网运行要求,而基于线性化的最优潮流方法在高阻抗的配电网中适用性也较弱。基于此,文章建立了基于二阶锥规划(second order cone programming,SOCP)的动态最优潮流模型框架,力图将原非线性规划模型松弛转化为SOCP进行快速求解。首先,给出了基于二阶锥松弛的配电网动态最优潮流基本模型;然后,对主动配电网中各重要参与元素进行相应的线性化建模处理以便高效求解,如主动管理设备、配电网重构、需求响应及综合负荷等;同时,分析了松弛模型和近似等效的准确性。最后,通过3个应用实例验证了该最优潮流模型的松弛准确性和有效性。     

含潮流路由器的配电网最优潮流计算

为解决配电网控制分散、控制元件可调范围小等问题,将潮流路由器(Power Flow Router, PFR)应用于配电网。提出了一种适用于配电网的含潮流路由器的改进支路潮流模型,并基于此建立了含PFR的配电网最优潮流模型。对模型进行二阶锥松弛,并采用Gurobi等商用算法包对松弛后的模型进行求解。为考虑负荷和分布式电源出力的不确定性,提出了一种拉丁超立方抽样和二阶锥规划相结合的概率最优潮流求解方法。采用修订的IEEE33节点系统验证了所提方法的有效性。     

含有电力弹簧的主动配电网优化运行

电力弹簧作为一种新型负荷侧调节设备,与具有宽电压范围的非关键负载串联形成智能负载,自动调节用电量与发电量匹配,以实现配电网运行优化。研究了含有电力弹簧的主动配电网最优潮流模型,提出了一种基于果蝇优化算法的智能负载优化方法,松弛法被用于推导最优潮流的二阶锥规划公式。结果表明,智能负载的主动调节可以优化配电网电压水平,降低有功网损,降低配电网的运行成本。所提多目标优化模型在一个改进的IEEE-33节点模型中求解,仿真结果验证了其正确性和有效性。     

基于混合整数二阶锥规划的主动配电网最优潮流研究

最优潮流是一个非线性优化问题,其具有复杂繁琐、维数高、约束多以及变量多的特性。将其应用于主动配电网也是当下研究热点。文章建立了使主动配电网有功损耗最小的最优潮流模型;考虑配电网可控单元和开关状态,采用改进后的辐射状约束与潮流约束进行变换,合理松弛后变为二阶锥约束,建立混合整数二阶锥规划模型。采用Yalmip工具包进行建模,调用Gurobi商用算法包对其进行求解计算;通过算例对采用粒子群算法与采用混合整数二阶锥规划方法的计算结果进行对比分析,结果证明混合整数二阶锥方法更适用于主动配电网,验证了该方法的高效性和稳定性。     

基于ε-松弛的主动配电网有功-无功协调调度求解方法

面对可控资源的调度特性差异与有功-无功的强耦合性,配电网在如何实现众多资源的协调运行及其模型高效求解方面面临诸多挑战。为解决上述问题,文中计及可调资源的多时段运行特性和无功调整能力,提出一种主动配电网有功-无功协调运行与高效求解方法。首先,利用二阶锥松弛与线性化建模技术,将模型转化为二阶锥规划问题。进而基于ε-松弛,将二阶锥采用多面体进行松弛,将模型转换为0-1混合整数线性规划问题。最后,基于IEEE 33节点配电系统验证了该方法可以兼顾模型求解精度和求解效率,在实现风光充分消纳的基础上,达到节能降损、改善电压水平的目的。     

含柔性多状态开关的主动配电网有功-无功协调动态优化

多端柔性多状态开关(FDS)作为可实现功率实时调控的装置,有利于实现主动配电网的运行优化。文中基于FDS接入配电网的拓扑和运行数学模型,建立含FDS支路的配电网有功-无功协调动态优化运行模型:构建多时间尺度有功-无功调度架构,以最优网损和电压均衡为目标函数,并考虑计及系统安全和断面动作限制的运行约束条件。为提高多断面潮流模型的求解效率和松弛精度,提出针对二阶锥规划和非线性规划的模型求解优化方法,并利用求解工具集SCIP等算法包获取测试结果。最后,依托实际工程数据,在含三端FDS主动配电网系统中展开仿真测试,结果呈现了FDS接入对主动配电网电能质量改善、运行策略优化和潮流智能分配的积极影响,并验证了所述方法的寻优稳定性和计算高效性。     

基于非精确迪利克雷模型的有源配电网鲁棒最优潮流

为解决最优潮流运行的负荷随机需求与风电的间歇性出力等不确定性,进行了配电网的鲁棒最优潮流研究.首先,构建考虑网损成本及主网购电成本的鲁棒最优潮流模型.然后,采用非精确迪利克雷模型挖掘历史数据构造盒式不确定集,描述风电-负荷不确定性.其次,对非凸非线性模型进行二阶锥松弛,采用对偶理论、大M法进行单层线性化推导,得到可行域为二阶锥空间的单层锥优化模型,通过商用求解器求解得出最优潮流方案.最后,在IEEE 33节点系统中验证了模型与方法的有效性.     

基于若当基底的含CAAWTS的三相动态最优潮流

建立了含小型压缩空气储能的风力发电系统CAAWTS(compressed-air-assisted wind turbine system)的配电网三相动态最优潮流模型,以达到在配电系统运行中发挥CAAWTS的最大效能,进一步提高风能利用效率的目的,同时能够提高配电系统运行的经济性。提出一种基于若当基底的配电网三相动态最优潮流求解算法,基于若当基底的锥优化技术,寻求原问题的特征值和特征向量,将原问题转换为混合整数二阶锥优化问题进行求解,此外,若当基底所得锥处于标准二阶锥的边界,可显著提高求解效率。IEEE33和IEEE123测试系统仿真验证了所提模型的可行性以及所提求解方法的高效性和寻优精确性。     

基于线性化潮流模型的配电网电压无功控制策略

针对现有基于二阶锥松弛的电压无功控制模型无法以电压波动为目标且求解速度较慢等问题,文中提出了一种基于线性化潮流模型的配电网电压无功控制策略。首先基于支路潮流方程建立了包含有载调压分接头、电容器组和光伏逆变器等调控手段的电压无功控制模型,并将其离散变量松弛为连续变量,以形成二阶锥规划。进一步以二阶锥规划所得结果为基准点构造线性化潮流模型,并以电压波动最小为目标,将连续变量还原为离散变量。最后基于改进的IEEE-33节点测试系统进行了仿真,仿真结果表明所提出的线性化潮流模型具有较高的精度和更快的求解速度,能够适用于配电网实时电压无功控制。     

基于二阶锥松弛的三相不平衡配电网最优潮流研究

电动汽车与光伏发电系统大规模接入配电网使其内部的单相电源增加,负荷加重,加剧了单相运行问题。为保证电网供电质量,大量可调节单、三相补偿调节设备在电网中得到应用,因此对三相不平衡配电网最优潮流展开研究。对配电网三相不平衡条件下的最优潮流进行求解分析,建立了以有功损耗最小为优化目标的多时段配电网最优潮流模型。通过二阶锥规划将非凸非线性最优潮流模型变换为线性模型,在不损失精确度的情况下,降低求解难度,提高了求解效率。采用Pyomo建模工具以及Gurobi算法包对所建模型求解,并分析了潮流误差,验证了该方法的可行性与有效性。     

考虑多种主动管理策略的配电网扩展规划

提出了主动配电网扩展规划的混合整数二阶锥规划模型,该模型以总的投资与运行费用最小为目标函数。文中考虑了4种主动管理措施降低规划方案成本及未来的运行风险,包括有载调压变压器调节、切机、切负荷及无功补偿。规划措施包括主动管理、新建线路、新建变电站、扩建变电站、新建分布式电源。配电网规划是一个混合整数非线性规划问题,再加对各种主动管理措施及未来不确定性的考虑,配电网规划问题求解变得相当复杂。基于配电网潮流方程及约束松弛技术,建立了配电网规划的二阶锥规划模型,并利用改进的IEEE 33节点系统及Miranda 54节点系统进行了算例验证。     

基于最优潮流的含多微网的主动配电网双层优化调度

多个微电网并入主动配电网(Active Distribution Network, ADN)会对ADN系统的经济性和可靠性产生影响。采用传统的多微网与ADN全网统一优化调度方法时,若微网中风/光出力一旦出现波动,难以高效精确地求出系统的最优潮流,甚至造成无解。因此提出一种基于双层规划的多微网并网优化调度模型。上层模型中各微网作为电源并入ADN,以ADN系统潮流平衡为约束,建立最优潮流模型。运用二阶锥松弛技术将非凸非线性的潮流模型转化为凸可行域的二阶锥规划模型,并调用Gurobi求解器求解。下层模型以上层优化出的联络线功率为约束,建立并网微电网内可控电源的调度模型,并采用结合Tent映射混沌和NDX交叉技术的改进遗传算法(GA)求解。以并入多微网的调整IEEE33节点系统为算例,仿真算例表明双层规划的调度模型及算法具有可行性且在此模型下含多微网的ADN系统有更好的经济性。同时当风/光发电出现波动时,下层模型仍然可以进行局部调整优化,从而降低了微电网波动对ADN系统的影响,提高了系统的可靠性和鲁棒性。     

主动配电网电能质量实时监测系统设计与实现

设计并实现了一套面向服务的浏览器/服务器(B/S)模式主动配电网电能质量实时监测系统,提供主动配电网逐层消纳分布式电源过程的电能质量实时监测功能,重点观测潮流方向变化对电能质量水平的影响。该系统基于IEC 61850标准建立电能质量信息模型,通过制造报文规范(MMS)将现场电能质量实时监测数据上传到主站解析并存入实时数据库;采用Silverlight技术对主动配电网主接线进行建模和绘制,客户端通过Windows通信基础(WCF)服务与服务器端通信,获取实时监测数据,并结合主接线图实现主动配电网电能质量全局实时监测功能,达到数据图形一体化展示效果。该系统在广东某地区主动配电网示范工程中正常运行使用,为主动配电网控制策略制定及电能质量问题分析治理提供了有效数据支持,证明了系统的可靠性和实用性。     

基于电压源换流器的多端柔性直流输电系统拟交流最优潮流

为便于求解含多端柔性直流输电系统的最优潮流,提出一种拟交流最优潮流计算方法。通过分析电压源换流器的工作原理,建立了计及换流站有功损耗的交流电源型等值电路。针对系统直流网络部分设定约束条件,将其等效为特殊的交流网络。为降低计算复杂度,对换流站的能量耦合方程进行了线性化处理。基于此,含多端柔性直流系统可视为纯交流系统并进行潮流计算。考虑到交流系统最优潮流问题具有非凸特性,将其最优潮流模型松弛为半定规划模型。实验结果表明,所述方法能够有效求解多端柔性直流系统最优潮流问题。     

基于信赖域内点法的最优潮流算法

在电力市场环境下 ,诸多问题 (例如实时电价、网络阻塞管理和可用传输能力的计算等 )都需要最优潮流 ( OPF)作为理想的工具。文中基于信赖域的思想提出了求解 OPF的新算法。该算法连续求解线性规划 ( LP)子问题 ,通过信赖域决定线性化步长的选取 ,由多步中心校正原—对偶内点法求解信赖域 LP子问题 ,并采用了一个物理策略以改善 OPF算法的稳定性。对国外一个 662节点实际电力系统进行了数值计算 ,结果表明该算法是快速、鲁棒的 ,具有实用意义     

计及柔性负荷的主动配电网多源协调优化控制

发展主动配电网是消纳间歇性分布式能源的有效途径。文中研究主动配电网的优化运行控制技术,提出了全网集中优化、区域协调校正的控制方法。在长周期内协调全网有功和无功资源,基于半定规划理论建立了以网损最小为目标的最优潮流模型,实施全网优化控制。在短周期内,将电网划分为若干个可控区域,提出了区域内分布式电源、电压无功设备、柔性负荷的协调校正控制策略,跟踪全网优化控制给出的区域运行目标。仿真算例表明,全网优化控制能有效降低网损,区域校正控制能准确跟踪全网优化目标,将电网始终维持在最优运行状态。