安全约束最优潮流的实用模型及故障态约束缩减方法

针对大型电力系统安全约束最优潮流(SCOPF)问题具有的计算规模庞大、求解困难的特点,提出了基于潮流转移关系的SCOPF实用模型及故障态约束缩减方法。首先通过预想故障分析建立故障前后的有功潮流转移关系,将故障态支路有功潮流描述为基态支路有功潮流的函数,从而将故障态支路有功潮流约束描述为基态支路有功潮流的线性不等式约束;然后通过对并联线路或并列主变压器进行分组,利用组内支路的有功潮流分布关系减少需监视的支路规模;最后利用设备短时通流能力明显大于其长期通流能力的特征对故障态支路潮流约束进行过滤,以尽可能减小SCOPF问题的计算规模。IEEE 14节点测试系统和华东电网的仿真分析验证了所提模型及约束缩减方法的正确性和有效性。     

考虑N-1故障的安全约束机组组合模型及约束削减方法

考虑N-1故障的安全约束机组组合问题规模庞大,对其进行数值求解十分困难.为此,基于直流潮流和线路开断分布因子,建立混合整数线性规划模型并提出约束削减方法.约束削减方法包括两步:根据并联支路潮流之间的关系选出需要监视的支路,以减少并联支路的安全约束;推导故障态潮流的上界,将其与故障态支路容量进行比较,以消除冗余的故障态安全约束.该约束削减方法可以在不改变最优解的前提下,大幅缩减安全约束机组组合问题的规模以及求解时间.IEEE 30和IEEE 118节点测试系统的仿真分析结果验证了所提模型及约束削减方法的有效性.     

基于图神经网络的起作用安全约束辨识方法

在安全约束机组组合问题中含有大量冗余安全约束，如何高效辨识起作用的安全约束对提高求解速度具有重要意义。构建电网拓扑图、节点与支路特征后，输入至图卷积网络，对基态和故障态下支路潮流约束是否起作用进行分类，在IEEE RTS 79系统中迭代求解安全约束机组组合。结果表明，所提方法可以有效降低求解迭代次数和计算时间。所提方法可大幅提高求解效率，对将机器学习应用于辅助优化模型求解具有启示作用。     

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。     

基于随机负荷与模糊线性规划的可伸缩静态安全域

随着电力系统容量的扩增,电网规模的扩大,系统出现故障的概率也不断的增加.安全性成为电力系统运行的首要指标,静态安全是其中l项重要指标.首先采用传统的边界扩展法与线性规划法求解静态安全域.在此基础上,还考虑负荷的随机性以及线路潮流约束条件的模糊性,提出利用模糊线性规划算法求解安全域.该方法既可以有效扩展安全域的范围,同时可以充分发挥输电线路的送电能力,提高电力系统运行的效率.最后利用MATLAB的Matpower4.0工具包,以IEEE-57节点系统为例,对求解安全域的各种算法进行了对比分析.     

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.     

一种计及静态安全约束机组组合的有效算法

以直流潮流模型为基础,将计及电网静态安全约束的机组组合问题分解为无安全约束的机 组组合问题和计及电网静态安全约束的优化潮流问题2个子优化问题。通过在后者中引入虚拟变 量来反映机组组合对输电元件传输限制的牵制及影响,并借用虚拟变量和发电转移因子,构建前者 与后者间关联的补充约束条件,从而形成前者随后者变化的影响机制及优化方向的修正手段,由此 提出了2个子优化问题间交替求解的算法。该算法充分兼容现有成型方法,符合电力系统实际,对 解决电网静态安全对机组组合制约现象,以及对机组组合方案评价,有良好的适应性。     

考虑校正控制的含风电场安全约束优化潮流

为应对风电场出力波动及电网故障给安全约束优化潮流带来的问题,在优化潮流中考虑校正控制,选择输电线路N-1故障及多风电场出力波动的组合作为电网运行的预想事件,在风电功率区间预测基础上得出相应置信水平的风电场出力上下限,并采用极限场景以代替风电功率预测误差的多种情况,通过基于关键输电断面的预想事件筛选以及主问题和多重子问题划分,经交替迭代求解最后可得到满足正常状态经济性及预想事件下安全约束的发电计划。IEEE 30节点系统的仿真结果验证了该方法的有效性。     

华东电网潮流转移模式及极限传输容量分析

分析了华东电网发生元件故障后典型的潮流转移模式,将大面积潮流转移的复杂问题模型化,并寻找制约电网安全的最重要的热稳定约束,以此估算关键传输通道的极限传输容量。算例表明,该方法能帮助电网运行人员掌握电网的薄弱环节,提供传输通道的传输能力,对于提高电网运行水平和事故处理能力具有辅助作用。     

基于辅助优化问题的安全约束机组组合约束削减方法

安全约束机组组合(Security-constrained Unit Commitment, SCUC)问题作为制定发电计划的核心环节,在电力系统优化调度等方面具有十分重要的意义。针对考虑故障态约束后SCUC问题规模庞大、难以求解的情况,提出了一种基于辅助优化问题的故障态安全约束削减方法。首先引入与具体故障态安全约束相关的辅助优化问题,从而建立判别相应故障态安全约束是否冗余的充分必要条件。然后探究冗余故障态安全约束辨识过程的具体加速方法,包括松弛辅助优化问题方法,使用可行性判据进行故障态安全约束预分类方法,以及多线程并行计算方法。最后,在IEEE118测试系统上对所提方法的正确性和有效性进行了仿真验证。     

基于启发式线性规划的大规模安全约束调度快速求解方法

提升大规模安全约束经济调度优化模型的求解性能是开展大电网跨省区电力电量全局优化平衡的前提与基础。首先分析问题的物理特性,通过并行计算求解不考虑机组爬坡约束的分时段约束松弛模型。基于对松弛解的分析获得可用于指导安全约束经济调度模型改进的有用信息,以约束剔除和约束增加的方式提出了基于启发式线性规划的大规模安全约束经济调度快速求解方法。将所提算法运用于新英格兰10机扩展系统和中国实际电网,验证了所提算法的正确性和有效性。     

含抽水蓄能电网安全约束机组组合问题的混合整数线性规划算法

抽水蓄能机组的投运对电网发电调度计划的制定具有很大影响,建立了含抽水蓄能机组电网的安全约束机组组合模型。以考虑了抽水蓄能机组启停费用的所有机组总运行费用为目标函数,根据抽水蓄能机组的不同运行工况给出旋转备用容量的解析表达式,同时在系统功率平衡约束中考虑了网络损耗的影响,并考虑了抽水蓄能机组的运行调度约束及网络安全约束。为了保证模型求解的可靠性和提高模型求解的计算效率,将目标函数进行分段线性化,并根据抽水蓄能机组的运行特点将其旋转备用容量约束等价转化为线性表达式。同时采用一种动态分段线性化方法近似逼近网络损耗,从而将机组组合模型转化为混合整数线性规划模型,并采用成熟的数学优化求解器CPLEX进行求解。对某实际23机306节点电网算例的计算结果表明,所提出的混合整数线性规划调度模型的网损逼近效果合理正确,算法求解速度快,具有较好的工程实用价值。     

A novel control strategy based on a look-up table for optimal operation of MTDC systems in post-contingency conditions

Multi terminal VSC-HVDC systems are a promising solution to the problem of connecting offshore wind farms to AC grids. Optimal power sharing and appropriate control of DC-link voltages are essential and must be maintained during the operation of VSC-MTDC systems, particularly in post-contingency conditions. The traditional droop control methods cannot satisfy these requirements, and accordingly, this paper proposes a novel centralized control strategy based on a look-up table to ensure optimal power sharing and minimum DC voltage deviation immediately during post-contingency conditions by considering converter limits. It also reduces destructive effects (e.g., frequency deviation) on onshore AC grids and guarantees the stable operation of the entire MTDC system. The proposed look-up table is an array of data that relates operating conditions to optimal droop coefficients and is determined according to N-1 contingency analysis and a linearized system model. Stability constraints and contingencies such as wind power changes, converter outage, and DC line disconnection are considered in its formation procedure. Simulations performed on a 4-terminal VSC-MTDC system in the MATLAB-Simulink environment validate the effectiveness and superiority of the proposed control strategy.     

基于非线性互补问题函数的半光滑牛顿最优潮流算法

提出了一种新的基于非线性互补问题(NCP)函数的半光滑牛顿方法，以用于求解最优潮流(OPF)问题。通过引入NCP函数，将OPF模型KKT条件的互补松弛约束转化为等式约束，并采用非光滑牛顿法求解。算法的突出优势在于能够有效地处理OPF模型中的不等式约束，从而完全避免了OPF计算中起作用的不等式约束的识别问题。同时，文中利用电力系统的弱耦合特性，构造了牛顿分解算法。IEEE多个算例的数值试验表明：提出的算法具有很好的收敛特性和计算效果，有很好的实际应用前景。     

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.     

基于拉格朗日函数鞍距分配的广义内点法

不等式约束的处理是电力系统优化分析中比较困难的问题。文中根据拉格朗日函数的鞍点理论,将优化问题的等式约束进行松弛,形成计及等式约束的原始问题以及相应的对偶问题。通过定义原始和对偶问题之间的鞍距,并将鞍距在不等式约束之间进行分配,从而形成不同的针对不等式约束拉格朗日乘子的修正方程,进一步形成不同的优化算法。推导表明,内点罚函数法只是拉格朗日鞍点理论应用的一个特例。所提出的基于拉格朗日函数鞍距分配的广义内点法可以在电力系统优化分析中进行应用,将其应用于大规模间歇式电源接入情况下的电力系统最大传输能力问题中时,IEEE 30节点系统的计算结果及IEEE 14节点系统中不同算法的比较结果表明,此算法能够有效处理潮流问题不等式约束。     

基于风险控制的PSCOPF改进模型及交替迭代算法

计算效率低和计算结果过于保守是困扰传统预防性安全约束最优潮流(PSCOPF)应用的2个关键难题。针对这些问题,提出一种新的具有可控风险度的改进模型及交替迭代算法。根据电力系统实际运行控制存在偏差的特点,在发电机有功和无功源电压等变量的基础上引入偏差量;以偏差量的平方和最小作为综合风险指标,构造电压互补约束,将原始大规模PSCOPF问题分解为故障数较少的PSCOPF和约束潮流2个子问题。子问题之间采用交替迭代的方式计算,获得不可控故障集和可控故障集,进而得到整个问题的解。IEEE 118、300节点标准系统和某703节点、241个预想故障实际系统的测试结果表明,所提模型及算法在不降低系统安全性的前提下具有良好的经济性和较高的计算效率;与传统模型的集中式计算方法相比,其占用内存可减少80%,串行和并行加速效果分别在5倍和10倍以上。