基于联络线扩展区域分解协调的分布式并行状态估计

为适应互联电网日益复杂的结构形式和分层分区管理模式,采用联络线分区解耦方式对互联系统进行分布式状态估计计算。考虑到估计计算精度与计算效率的均衡,提出了一种将联络线扩展区域状态估计和灵敏度矩阵协调算法结合的分布式状态估计算法。设计分布式状态估计整体思路,一方面,在实现联络线分区解耦的前提下,完成分区层各子区独立状态估计计算和灵敏度矩阵求解,利用子区计算时机动态构建协调层联络线估计区域并完成并行状态估计计算;另一方面,根据协调层下发的联络线估计值和灵敏度矩阵,分区层各子区并行实现边界估计值不匹配量的协调修正计算。最后,通过IEEE 118节点、IEEE 30节点和实际互联电网的模拟仿真,验证上述算法实现分布式状态估计计算的优越性。仿真结果表明,采用该算法进行分布式估计计算,既具有较高的估计精度、收敛速度和计算效率,又可实现并行独立计算,避免集中式状态估计计算规模大、无法解决局部不可观测或不收敛的瓶颈问题。     

基于伪量测型协调变量的分布式状态估计算法

电力系统状态估计在实际工程中通常由各控制中心采用区域状态估计模式独立完成。考虑到在电网分层分区的控制管理模式下,多样化的电网信息本身就是按照分层分区的分布式模式采集的,分布式状态估计无疑是更加适应该体系的状态估计运行模式。利用集中式优化问题的一阶KKT条件分解技术,实现状态估计任务的分解。为保证在边界上相邻分区状态估计结果的一致性,引入描述边界协调项的等式约束。另外,将上述边界等式约束处理成零功率注入伪量测,以简化分区之间的数据交换,便于重用已有状态估计器。为了尽最大可能维持各个分区计算的独立性,该文给出了协调侧Lagrangian函数梯度的两步式计算方法,并结合Newton-GMRES算法完成求解。最后,通过IEEE标准系统的测试,验证了所提方法的有效性。     

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。     

一种多分区互联电网分布式无功优化算法

电网互联进程不断加快和系统规模的不断扩大对互联电网无功优化计算提出了更高的要求。提出了一种基于子网边界节点等值注入功率的多分区互联电网无功优化分布式协调优化算法。基于电网监控分层分区的特点,通过建立保留分区间联络线的简化外网模型,将子网间边界向量相等的耦合约束转化为边界节点注入功率修正方程的等式约束。构造边界节点电压加权修正的外层协调环节,依靠等值注入功率和对应边界节点电压向量的数值更新与传递实现全网无功优化问题的分布式求解。该方法有效地降低了协调层的参与度,进一步提高了子网无功优化的独立性,符合无功优化和控制的本地性要求。对多个IEEE试验系统进行了数值仿真测试与分析,结果表明方法具有良好的有效性和适用性。     

基于改进Jacobian-Free Newton-GMRES(m)的电力系统分布式潮流计算

为了提高互联电网分布式潮流算法的实用性,应尽可能减少协调计算中的交换信息.文中采用隐函数方式表示分布式潮流的边界协调方程,并采用具有自适应预处理能力的Newton-GMRES(m)方法构建分解协调算法.该方法具有Jacobian-Free特性,协调计算中只需要交换边界节点状态信息.以IEEE标准系统和大规模实际系统为算例的测试结果表明,新的分布式潮流算法具有较高的收敛性,数据交换接口简单,实用性强,适合于求解连续变化的分布式潮流问题.     

具有指数收敛速度的电力系统全分布式潮流算法

为了满足互联电力系统潮流计算对数据隐私的需求,提出了一种全分布式潮流算法。该方法由内环迭代与外环迭代组成,外环迭代基于牛顿-拉夫逊法计算雅可比矩阵,内环迭代采用全分布式算法在互联电网各分区分别求解各自的潮流修正方程。该方法不需要协调层对分布式计算进行分解协调,各分区仅需要与邻居分区交换潮流方程修正量的信息,外环迭代收敛特性与全局潮流相同,内环迭代保证收敛且具有指数收敛速度。通过IEEE39节点和118节点算例的测试表明,该方法具有较高的收敛性,适合于没有协调层的分布式潮流计算。     

基于异步迭代的多区域互联系统动态潮流分解协调计算

在全局电网分解协调计算中，为增加各子系统计算的独立性，并减小协调计算对通信系统的要求，提出了一种新的基于异步迭代的互联系统分解协调动态潮流计算方法，这种方法允许每个参与分布式计算的子系统自由选择本系统内的Vθ节点，采用内、外两层迭代的方式求解整个互联系统的动态潮流。以各子系统单独潮流计算作为内层迭代，再利用边界条件构造关于边界节点状态量的不动点迭代格式，通过不断修改各子系统相应外边界节点的等值注入作为外层迭代来统一全网潮流解。所提出的算法经IEEE9节点试验系统验证，可获得全网动态潮流解。     

互联电网的直流最优潮流分解算法研究

研究了大系统互联电网的最优潮流优化策略,基于部分对偶理论分析了电网分区的分解协调模型,提出了一种基于直流最优潮流模型的互联电网多区域分解最优潮流并行求解算法,将一个大的电网互联系统分解成多个区域子问题,每个区域子问题是个典型的二次规划问题,使用直流最优潮流模型来求解互联电网的最优潮流分布,讨论了分区优化收敛条件。通过交换输出电价和边界节点相位角,完成区域间的信息交换。使用上述分解算法对IEEERTS-96算例的多个互联区域进行了分析,结果表明本文算法是一种有效的求解算法,适合大区电网互联后在线分布式动态OPF计算。在电力系统有极大的应用前景。     

基于分解协调的分布式动态潮流计算方法研究

考虑负荷和发电机调节特性的动态潮流是EMS和DTS系统的基础功能之一.采用分解协调方式的多调度中心间分布式动态潮流计算是全网在线一体化潮流分析的一种新的途径.本文以隐函数形式的边界协调方程对全网动态潮流方程协调求解问题建模.该模型可统一考虑边界节点功率平衡和不平衡功率在分区电网间的合理分配问题.进一步,本文采用Jacobian Free NewtonGMRES方法实现协调求解过程.广域网络通信环境中的测试结果表明所提算法通信接口简单、通信次数较少,能够满足在线应用的需求.     

基于分解协调算法的互联电力系统状态估计

提出了基于分解协调算法求解多区域互联系统的状态估计算法。互联系统计算中心根据虚拟节点两端子系统状态估计所得功率残差加权平均值计算各子系统虚拟节点注入功率的变化量,各子系统节点状态量通过注入功率和功率估计值对节点状态量的灵敏度矩阵修正子系统状态估计结果,得到互联系统的状态估计解。仿真计算结果说明,分布式状态估计算法计算准确、速度快,且在互联系统计算中心无法获得部分子系统数据的情况下,能够最大限度地准确计算出互联系统的部分可观测结果。     

厂站量测信息不完整时的全网理论线损计算

传统的理论线损是在潮流计算基础上得到的，鉴于全网整体式状态估计条件要求苛刻，运行调试过程中经常出现不收敛的问题，作者研究了存在不良数据和部分厂站注入量测信息不完整情况下的线损计算。文中对全网进行状态检测，对有可疑数据厂站进行单个厂站的模糊聚类不良数据辨识，对缺少注入量测的厂站根据其实际情况进行由对端量测量估计或部分电网状态估计。这可为潮流计算提供初始条件，提高估计速度。算例表明，部分电网状态估计能得到精确的估计结果，保证理论线损的计算精度。     

带界约束的仿射尺度信赖域法的无功优化

为有效处理无功优化模型中不等式约束且不扩大问题的规模,建立了与无功优化问题的库恩-塔克(KKT)条件等价的新模型。通过引入对角矩阵,消去KKT系统中关于界约束的互补关系,减少了变量维数,并采用一类求解带界约束非线性方程组的仿射尺度信赖域算法。该算法具有信赖域的全局搜索性和牛顿法的超线性收敛性,并可保持无功界约束的可行性。对IEEE-30、57、118节点系统进行仿真计算,并与常规非线性优化方法比较,结果表明该方法具有较好的收敛特性和计算效果。     

A more general parallel dual-type method and application to state estimation

In our previous work, a parallel dual-type (PDt) method was presented for solving a class of weighted-least-squares (WLS) with equality constraints problems and obtained some successful results. In this work, we propose a more general parallel dual-type (MPDt) method using the framework of the PDt method to solve more extensive WLS problems (with equality and inequality constraints). The MPDt method embedded with a successive gradient and projection (SGP) technique is used to solve the dual problem with constrained set induced by the inequality constraints. The MPDt method associated with a successive quadratic programming (SQP) method is used to solve more extensive WLS problems with equality and inequality constraints. We have tested our method in the IEEE 118-bus system of distributed state estimation problems with equality and inequality constraints. We demonstrated the computational efficiency through numerical simulations and compared our method with the conventional approach of Karush-Kuhn-Tucker (KKT) and the original PDt methods. Test results showed that the performance of our method is significant for solving distributed state estimation problems with equality and inequality constraints in the distributed computing environment.     

基于Beowulf集群的大规模电力系统方程并行PCG求解

研究基于Beowulf集群的大规模电力系统方程并行PCG求解问题,采用常见的硬件设备和廉价且广为传播的软件构建出Beowulf分布式集群环境,基于这一环境,彻底摒弃矩阵的传统直接分解算法,采用多项式预处理的PCG法并行求解大型稀疏线性方程组.文中方法无需进行任何形式的电网络划分,也无需进行任何的矩阵三角分解和前推回代过程,适合各种类型的大规模电力系统方程的并行求解.本文分别在潮流计算、状态估计和静态安全分析中对大规模电力系统方程实现了并行求解,并获得一定的加速比和并行效率,为大规模电力系统快速、准确的仿真计算和在线分析提供一种可行的新途径.     

基于模糊聚类分析的分层估计算法在DTS中的应用

为了建立调度员培训仿真(DTS)系统逼真的培训初始条件，需要获取EMS／SCADA系统状态估计的结果。文中分析了状态估计的研究现状和模糊聚类分析法在辨识不良数据方面的应用，提出了基于模糊聚类分析的分层估计算法，即先在厂站级对量测数据进行检测和模糊聚类辨识，根据隶属度的大小辨识出不良数据和对不良数据进行重新估计，再进行全网状态估计。该算法将厂站估计与全网估计加以协调，较好地解决了多相关不良数据的辨识及整体式状态估计中的残差污染问题，并成功应用于河南电网DTS系统中，提供了良好的数据基础。     

一种新的分布式电力系统状态估计算法

随着电力系统的发展,区域电网互联,形成了规模更大的系统。为了适应这一趋势,电力系统状态估计应采用分布式算法。在配置少量PMU的基础上,将分区后的边界等式约束条件通过拉格朗日乘子计入整体目标函数,将分布式状态估计的问题转化为一个带等式约束的最优化问题,实现了电力系统状态估计的分布式计算。该算法不仅提高了状态估计的速度,而且可在不必改动原有状态估计模块的基础上,很容易地加入等式约束的修正模块。最后通过IEEE14节点和IEEE30节点系统的模拟仿真,验证了该算法的有效性和优越性。     

电网虚假数据注入攻击的双层优化模型

近年来随着智能电网技术和信息技术的发展,电力系统受到网络攻击的可能性越来越大。基于状态估计原理提出了虚假数据注入(FDI)攻击双层非线性优化模型。上层模型中,网络攻击方对电力系统测量数据展开攻击,其目的是寻找最优攻击方案使电力系统的经济损失最大化,以量测攻击范围和状态估计残差为约束条件,而下层模型采用安全约束经济调度模型,调度运行人员根据状态估计处理后的负荷数据优化调度电力系统的运行。针对双层优化模型的复杂性,利用KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件将其转化为单层非线性规划模型后求解。在GAMS上实现所提出虚假数据注入攻击非线性规划模型的编程仿真,并调用非线性规划求解器BARON进行求解。算例分析结果表明FDI双层优化攻击可能严重危害电力系统安全和经济运行,验证了所提出模型和方法的有效性。     

基于主从分裂法的交直流混合状态估计

直流输电技术的快速发展迫切要求提出实用的交直流混合状态估计方法。该文将交流系统看成主系统，将直流系统看成从系统，提出了交直流混合状态估计的一种新方法，即主从分裂法。该方法自然地将整个电力网络的状态估计问题分解成交流估计和直流估计两个子问题，通过主从分裂迭代，可获得严格的全局状态估计解。其中，交流系统和直流系统可以采用不同的状态估计算法，只需对调度中心现有状态估计软件进行少量修改，即可实现交直流混合状态估计。理论分析和数值试验结果均表明了新方法的实用性、正确性和良好的收敛性。     

Tie-line constrained distributed state estimation

This paper presents an implementable distributed state estimation method for online analysis of power systems having multiple, geographically separated areas. Distributed state estimation apart from giving a faster solution, also improves the condition number of the resultant gain matrices. The method proposed here uses the conventional WLS estimator (Gauss-Newton method) with equality constraints forcing the tie line flows as calculated by the adjacent areas to be equal. Based on the topology of the network, the system is partitioned into multiple areas and a processor is assigned to each of these areas for solving the local state estimation problem. Simulations carried out on the IEEE 14, 30 and 118 bus systems show good convergence properties and improvement on the condition number of the gain matrices when compared with centralized algorithms.