基于不确定随机网络理论的主动配电网多目标规划模型及其求解方法

提出一种基于不确定随机网络理论的主动配电网多目标规划模型。将线路的不可用度和稳定性指标作为权值,建立不确定随机主动配电网络。基于该网络,模型以投资总成本、维修、运行和管理费用最小为经济目标,以搜寻在不确定随机网络下的最小生成树为第二目标。规划的决策变量不仅包含系统线路的升级与扩建,且考虑主动配电网中分组投切电容器、静止无功补偿器、电压调节器和分布式电源等主动管理设备的投资与模拟运行,即主动网络管理措施。为求解复杂的混合整数非线性模型,该文采用二阶锥松弛技术将原模型转换为混合整数二阶锥规划问题,并构造了三维不确定机会空间以求解多目标规划问题。通过改进33节点系统的仿真结果,验证了模型的有效性。     

基于不确定网络理论计及经济性与可靠性的主动配电网规划

提出了基于不确定网络理论的主动配电网扩展规划模型。首先,考虑负荷与分布式电源出力时间分区相关性,构建特征概率不确定性集合;其次,建立统筹分布式电源、网架、静止无功补偿装置、变电站和有载调压变压器各设备的升级新建及其主动管理措施的经济子规划模型,并提出了适用于规划问题的两阶段整体最优可靠性方法,且通过二阶锥松弛将原模型转化为混合整数二阶锥规划问题进行快速求解。分别得到全过程多阶段经济和综合可靠性不确定性测度分布作为网架树权重。最后,利用不确定网络中最小生成树理论,搜索与理想网架树分布最接近的最优规划方案。改进的IEEE 33节点系统与IEEE 69节点系统算例验证了所提模型的有效性。     

基于二阶锥规划考虑主动管理的主动配电网故障恢复

故障恢复是未来智能配电系统实现自愈的关键环节,对满足用户供电需求和减少停电损失有重要作用。针对含分布式电源的主动配电网,提出了考虑主动管理措施的故障恢复方法。考虑分布式电源出力调节和电容器组无功补偿约束,首先,构建了主动配电网孤岛划分模型,利用深度优先搜索结合广度优先搜索的算法进行孤岛的划分。然后,建立了主动配电网故障重构模型,采用二阶锥松弛技术将其转化为混合整数二阶锥规划模型进行快速求解。最后,在改进的IEEE 33节点主动配电网算例上进行了仿真计算,算例结果验证了所述模型和方法的合理性和有效性。     

考虑智能软开关接入的主动配电网扩展规划方法EI北大核心CSCD

柔性互联装置的广泛应用给主动配电网(active distribution network,ADN)规划带来巨大挑战。该文提出一种考虑智能软开关(soft open point,SOP)接入的ADN扩展规划方法,对变电站新建及扩容,线路新建,智能软开关、分布式电源、储能系统以及无功补偿等设备的选址定容进行协同规划。首先,考虑分布式电源出力和负荷功率不确定性,采用基于改进高斯混合模型的聚类方法构建典型日场景。在此基础上,以年综合费用最小为目标函数,建立了考虑SOP接入的ADN扩展规划模型。然后,通过线性化和二阶锥松弛技术,将原始非凸非线性规划模型转化为混合整数二阶锥规划(mixed-integer second-order cone programming,MISOCP)模型,并提出逐次收缩凸松弛算法以获得凸松弛间隙足够小的原问题最优解。最后,在54节点主动配电网算例上验证了所提规划模型和求解算法的可行性与有效性。     

考虑源荷不确定性的配电网新能源系统规划策略

碳达峰、碳中和的提出使发展新能源系统成为我国能源转型的必然需求，然而新能源系统发电和持续增长负荷的不确定性问题会危害电力系统的稳定运行，研究考虑源荷不确定性的配电网新能源系统规划策略具有重要意义。为此首先建立了考虑源荷不确定性的配电网新能源系统鲁棒规划模型，综合考虑配电网的规划成本和运行成本。由于原有模型为一个难以直接求解的混合整数非线性规划问题，提出一种二阶锥松弛的方法将原模型转化为易于求解的混合整数二阶锥规划模型，提高了模型的求解效率。最后，以IEEE 33节点的配电网为算例进行仿真，仿真结果验证了所提策略的有效性。     

基于需求侧响应的主动配电网双层优化方法

分布式电源在配电网中渗透率越来越高,导致配电网电压越限问题凸显,对此构建协同考虑主动配电网设备规划和运行的双层优化模型。上层模型考虑配电网中分布式电源、静止无功补偿器及电容器组的容量配置优化以减少配电网投资运行成本。下层模型考虑需求侧响应,有载调压变压器、储能及分布式电源等设备的协调控制,着重提高电压稳定性。针对模型特征,采用基于改进麻雀算法和二阶锥规划的混合优化算法进行求解。外部采用改进麻雀算法求解多维变量以提高求解速度,内部基于二阶锥规划求得配电网主动管理控制策略。最后采用改进的IEEE33节点系统进行仿真验证。结果表明,所提出双层优化方法可以有效提高配电网运行经济性,改善配电网电压分布,平抑负荷峰谷差。     

考虑价格需求响应的主动配电网动态经济调度

随着分布式发电的渗透率提高,配电网会出现馈线过载、电压越限等问题,从而限制了分布式电源的接入。需求响应利用负荷侧可调控资源参与主动配电网调度可以促进大规模分布式电源消纳。本文将价格型需求响应引入现有主动配电网的多时段优化运行调度模型,构建了三相主动配电网有功-无功协调动态经济调度模型,并提出了基于混合整数二阶锥规划的模型求解方法。该模型可通过需求响应负荷调节,并协调与分布式电源、储能装置、无功补偿装置的动态优化运行,达到节能降损、保证馈线负载、电压不越限的目的,实现主动配电网全局能量管理优化。对扩展的IEEE 33节点测试系统进行仿真分析,验证了所提出模型及算法的有效性和优越性。     

考虑电动汽车时空负荷分布特性的主动配电网动态重构

实现电动汽车(Electric Vehicle, EV)规模化发展并与电网双赢的关键问题之一是如何提高EV充电负荷的预测准确性,并保证含大规模EV充电负荷的配电网运行的安全性和经济性。考虑EV时空负荷分布特性,建立了主动配电网动态重构与有功、无功联合优化数学模型,并给出了其求解方法。首先,根据出行链技术和马尔可夫决策理论,考虑天、人、路对EV的影响因素,构建了EV单位能耗模型和充电负荷的时空分布预测模型。其次,提出考虑储能系统、有载分接开关、投切电容器组、静止无功补偿装置和动态重构多种主动管理措施,计及经济、技术指标和各设备、系统运行约束,建立了含EV的主动配电网动态重构与有功-无功联合优化数学模型。然后,为了提高所构建模型的求解效率,通过二阶锥松弛和变量乘积线性化方法将非凸等式约束和非线性不等式约束线性化后,将原始的混合整数非线性规划问题转化为易求解计算的混合整数二阶锥问题。最后,基于修改的IEEE33节点系统进行仿真实验和对比分析,结果验证了所提方法的有效性和优越性。     

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。     

基于混合整数二阶锥规划的三相有源配电网无功优化

三相有源配电网无功优化本质上属于非线性非凸规划问题,目前尚缺乏严格的有效求解方法。针对配电网辐射状运行特点,文中建立了基于支路潮流形式的配电网的三相无功优化模型,然后采用二阶锥松弛技术将原始优化模型转化为具有凸可行域的数学规划形式。考虑电容器等离散的补偿设备后,模型进一步扩展为含离散变量的混合整数二阶锥规划模型。该模型可被现有优化算法包高效求解。采用IEEE 33节点和IEEE 123节点系统进行算例分析,验证了所提出的方法的寻优稳定性和计算高效性。     

Active Distribution Network Expansion Planning Integrating Practical Operation Constraints

This paper proposes a mathematics model of active distribution network expansion planning (DNEP) integrating the practical operation constraints, which are the OLTC (On-Load Tap Changer) tap adjusting frequency and substation voltage variation. Distributed Generation (DG) curtailment, load curtailment, OLTC tap adjustment, and reactive power compensation are considered as the active management schemes. The expansion model allows alternatives to be considered for new wiring, DG installation, new substation, and substation expansion. The DNEP problem is a mixed integer non-linear programming problem, active management, and uncertainties, especially with the DG integration make the DNEP problem much complex. In order to find the suitable algorithm, this paper converts the DNEP problem to a Second-Order Cone Programming (SOCP) model through distflow equations and constraints relaxation. A modified 33-bus application example is used to verify the proposed model with different active management scenarios.     

考虑电源和负荷时序特性的主动配电网网源协调规划方法

提出了一种考虑电源和负荷时序特性的主动配电网网源协调双层规划模型。模型上层为规划层,以综合费用最小为目标,对线路的改造、分布式电源和补偿电容的选型、选址和定容进行决策。模型下层为运行层,以年运行费用、快速电压稳定性、用户用电习惯满意度等为目标。考虑分布式电源和负荷的波动性和不确定性,建立二者的时序模型。综合考虑分布式电源出力、需求响应和补偿电容投切,实现主动配电网的经济调度。采用改进的IEEE33节点配电系统对该方法进行仿真。仿真结果表明,所提出的网源协调规划方法能有效降低主动配电网的投资成本和运行成本,同时能有效提高电网运行效率和分布式电源渗透率。     

考虑低碳和柔性负荷的有源配电网混合整数二阶锥规划

在配电网低碳化背景下,提出了考虑碳排放和柔性负荷的有源配电网混合整数二阶锥规划模型,目标是在满足网络运行约束和CO₂排放上限的前提下,给出总成本最小的投资策略。考虑新能源、负荷和能源价格的不确定性,提出了基于k均值的场景聚类方法。模型的决策变量为更换过载线路、投建新能源和储能装置,以及投建稳压器和电容器组等电压控制设备,并考虑了多项式形式的电压相关型的柔性负荷、网络重构以及碳排放额约束。针对规划模型的非凸非线性特征,采用虚拟需求法将网络重构建模为混合整数线性规划形式,并提出了一种基于泰勒展开的改进二阶锥松弛方法,以解决柔性负荷模型给传统二阶锥松弛带来的难题。通过69节点系统对该模型进行测试,结果表明,所提模型不仅总规划成本较低,而且有助于减少碳排放。     

基于二阶锥规划的交直流主动配电网日前调度模型

为适应未来配电网可能出现的交直流混合拓扑形态,提出了基于二阶锥规划的交直流主动配电网多时段日前优化调度模型。该模型以购电费用和弃光弃风惩罚费用之和最小作为目标函数,通过分布式电源有功和无功调节、容抗器投切、储能充放电功率调节、电压源换流器无功调节及配电网动态重构等多种主动管理措施实现主动配电网有功功率-无功功率联合优化,消除潮流及电压越限,解决高比例分布式电源接入交直流主动配电网后的日前优化调度问题。50节点算例的分析验证了所提模型的正确性。     

考虑经济性可靠性的输电网二层规划模型及混合算法

建立考虑经济性可靠性的输电网确定性二层线性规划模型,将可靠性问题以约束加入到经济性规划问题中,改变了传统输电网规划建模方式,实现规划方案在高可靠性条件下的经济性最优。模型上层规划目标采用线路建设成本最小,约束为待架线路数目约束;下层规划目标为切负荷最小,约束为常规运行约束,且严格满足N-1安全约束,实现最优规划方案的N-1安全运行要求。提出采用改进小生境遗传算法(improved niche genetic algorithm,INGA)和原始-对偶内点法(prime-dual interior point method,PDIPM)相结合的混合算法,并对上述模型进行求解,利用小生境遗传算法处理上层规划的整数变量,进行全局寻优;对下层规划采用原始-对偶内点算法进行快速求解,提高算法速度和收敛性。18节点系统和46节点系统的结果表明该模型和算法是有效的。     

计及源荷不确定性的主动配电网网架扩展柔性规划

在配电网源端与荷端的不确定性变量增多、主动性增强的背景下,进行适应发展需要的网架规划具有重要的研究意义。对系统中的不确定变量和主动控制变量分类建模,对经济性、可靠性和安全性技术目标做柔性处理,提出计及源荷不确定性的主动配电网网架扩展柔性规划模型;提出包含问题解耦、简化潮流和逆向搜索3个步骤的求解流程;结合19节点算例系统进行验证,算例结果表明采用提出的柔性规划模型和方法求解网架扩展规划问题具有有效性和可行性。     

基于改进加权Voronoi图算法的有源配电网变电站规划

针对未来规划区域面临大规模分布式电源(DG)接入及多样性负荷的场景,提出了一种基于改进加权Voronoi图算法的有源配电网变电站规划方法。首先,将负荷特性引入DG置信容量评估方法中,分析不同负荷特性与DG出力特性对DG置信容量的影响。其次,建立考虑DG置信容量的有源配电网变电站规划数学模型。继而,提出基于改进加权Voronoi图算法的变电站规划方法,具体改进包括:在Voronoi图一次迭代中,根据供电范围划分情况不断调整原定权值,实现加权Voronoi图算法的层次性改进;根据网供负荷在DG方向大量减少的情况调整Voronoi图在DG方向的权值,实现加权Voronoi图算法的方向性改进。最后,通过实例说明所提方法的科学性和实用性。     

考虑主动管理措施的配电网无功补偿双层优化配置

为了适应未来大量分布式电源(DG)并网及自动化水平显著提高的主动配电网发展,在规划阶段应该考虑主动管理措施,优化系统运行方式。同时,现有的无功补偿规划研究忽略了DG及负荷的不确定性。为此,计及间歇性DG及负荷的不确定性,提出主动配电网无功补偿双层优化配置模型。上层规划以无功补偿电容器的投资成本、网络损耗费用综合最优为目标函数,下层规划在此基础上考虑调节无功补偿容量及调节有载变压器抽头两种主动管理措施,对每个场景进行优化。采用K-均值聚类法对场景进行缩减,结合和声搜索算法和粒子群算法联合求解模型。通过IEEE33节点算例进行仿真计算,验证所提模型和方法的正确性。     

配电网中计及短路电流约束的分布式发电规划

在配电网中合理规划分布式发电（DG）对充分发挥DG的效益、抑制DG的负面影响具有重要意义。文中研究了配电系统中DG位置和容量规划问题，建立了考虑经济性和安全性的DG规划多目标模糊优化模型。目标函数由DG投资成本最小、系统网损最小和静态电压稳定裕度最大3个优化子目标组成，应用模糊理论将多目标规划转化为单目标规划问题。在模型中计及了短路电流约束，对配电网中计及DG影响的故障计算原理进行了分析。考虑到DG出力具有一定的间歇特点，模型中增加了系统的旋转备用约束，保证任意一台DG退出时，系统具有足够的功率来满足负荷要求。在43节点配电系统中进行了测试，表明了文中方法的可行性。