考虑静态电压稳定裕度的含UPFC最优潮流计算方法研究

提出一种考虑静态电压稳定裕度的含统一潮流控制器(UPFC)最优潮流计算模型及方法。模型中增加了局部电网的静态电压稳定裕度约束和UPFC运行约束条件,以及UPFC串联和并联侧等效电压源的幅值、相角等自变量。基于Benders分解法将模型分解为主模型和子模型,其中,主模型为典型的含UPFC最优潮流模型,子模型为静态电压稳定计算模型,通过Benders割建立主子模型间的协调优化,最终实现了整个模型的求解。以苏州南部500 k V为例进行仿真计算,结果验证了文中模型及算法的有效性。     

计及统一潮流控制器的静态电压稳定裕度计算

基于自适应遗传算法,构造计及以统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller,UPFC)的静态电压稳定裕度计算模型,以静态电压稳定裕度最大为目标函数,采用UPFC的功率注入模型,将其作用等效为一系列电压和功率的约束,直接运用至连续潮流法中,对含UPFC控制参数在内的控制变量进行编码,对每个个体采用连续潮流进行计算,在不断改变控制变量的条件下进行寻优计算.算例就系统装设UPFC前后的静态电压稳定裕度的大小进行了比较,并给出了含UPFC参数的控制变量的最优解,结果表明该方法有效且可行.     

含暂态能量裕度约束多故障最优潮流计算

借助暂态能量裕度对发电机有功和无功出力的解析灵敏度，将暂态能量裕度约束直接加入最优潮流模型中，建立含暂态能量裕度约束多故障最优潮流逐次线性规划模型，采用单纯形法求解，取得了较好的效果。此外，还提出了根据大步长单故障最优潮流近似计算获得的暂态能量裕度进行故障扫描方法，并寻找到同一失稳模式下影响系统稳定的关键故障，验证了满足关键故障稳定性要求的最优潮流解可以同时满足同失稳模式下的其它故障的稳定约束。新英格兰10机39节点系统的最优潮流及暂态稳定计算验证了所提方法的有效性。所有优化结果均用一个在电力系统中广泛使用的暂态稳定仿真程序进行了验证。     

电压稳定约束最优潮流算法的发展

电压稳定约束最优潮流(VSCOPF)作为最优潮流问题研究的一个专门研究方向,在优化系统运行时强调维持系统的电压稳定裕度,在一定程度上缓解了系统接近稳定极限运行的紧张局面.本文对近几年国内外关于电压稳定约束最优潮流问题的研究进行了比较全面的介绍,其算法的发展一方面依赖于最优潮流算法的发展,另一方面取决于电力系统运营机制的转变.随着电力市场理论与实践的不断完善,电压稳定约束最优潮流的研究将会把更多的重点用于解决电力市场下的电压安全成本及定价问题,以经济利益驱动市场参与者维持系统运行的电压稳定裕度.     

基于BCU法的多故障暂态稳定约束最优潮流计算

基于稳定域边界的主导不稳定平衡点（BCU）方法,求解暂态能量裕度对发电机有功和无功出力的解析灵敏度,再将暂态能量裕度约束直接加入最优潮流模型中,建立含多故障暂态能量裕度约束的最优潮流逐次线性规划模型。通过常规潮流计算、基于BCU法的暂态稳定及暂态能量裕度灵敏度计算、基于单纯形法的线性规划算法的交替求解,获得最优解。并对BCU方法和故障模式法进行了比较,在上述的交替求解过程中,故障模式法并不能保证能求出主导不稳定平衡点,但BCU方法能够给出可靠结果。新英格兰10机39节点系统的计算结果验证了所提方法的有效性。     

基于BCU法的多故障暂态稳定约束最优潮流计算

基于稳定域边界的主导不稳定平衡点(BCU)方法,求解暂态能量裕度对发电机有功和无功出力的解析灵敏度,再将暂态能量裕度约束直接加入最优潮流模型中,建立含多故障暂态能量裕度约束的最优潮流逐次线性规划模型.通过常规潮流计算、基于BCU法的暂态稳定及暂态能量裕度灵敏度计算、基于单纯形法的线性规划算法的交替求解,获得最优解.并对BCU方法和故障模式法进行了比较,在上述的交替求解过程中,故障模式法并不能保证能求出主导不稳定平衡点,但BCU方法能够给出可靠结果.新英格兰10机39节点系统的计算结果验证了所提方法的有效性.     

含最优乘子的连续潮流算法和奇异值算法的电压静态稳定分析软件开发

介绍了一种适用于大型电力系统的电压静态稳定分析软件的研制及其结构和功能。该软件采用最优乘子和连续潮流相结合的算法以及奇异值算法计算分析系统的电压静态稳定裕度。在算法中采用了节点优化、矩阵稀疏化技术;考虑了发电机约束;引入了负荷模型和电压无功控制策略模拟实现系统情况。实例计算表明该软件实用功能强、使用方便、计算速度快、计算结果合理。     

电压稳定约束多目标最优潮流的自适应ε约束方法

电压稳定约束最优潮流可以看作考虑发电成本和负荷裕度双目标的优化问题.Pareto前沿解可以提供负荷裕度和发电成本之间的妥协信息,是运行人员权衡经济与安全、进行决策的基础.为了解决传统的数值计算方法难以得到均匀分布Pareto前沿解的问题,提出了一种自适应的ε约束方法.该方法利用ε约束的灵敏度信息,自适应地改变ε约束的阈值,逐步确定各个仿真点,并应用内点法的热启动策略,提高各仿真点的计算效率.IEEE-30和IEEE-118系统测试结果表明,与传统ε约束方法相比,自适应ε约束方法无需增加多余计算量,可以得到较为均匀的帕累托前沿近似,所提出的热启动策略提高了电压稳定约束最优潮流的计算速度.     

考虑最优负荷削减方向的电网多目标分层随机机会约束规划

提出了一种含机会约束的电网多目标分层随机规划模型。以最优负荷削减量和电压稳定裕度乐观值为上层优化目标、网络损耗期望值为下层优化目标。用最危险负荷增长模式计算静态最小电压稳定裕度,并提出了计算最优负荷削减方向的方法。将最优负荷削减方向作为约束条件之一,采用基于拉丁超立方抽样的蒙特卡洛模拟嵌入非支配排序遗传算法求解含机会约束的多目标分层优化模型。基于IEEE 39节点系统仿真,结果表明所提方法在保证经济性的同时,能够有效提高电网安全水平和电压稳定裕度。     

电压稳定约束的最优潮流

介绍了近年来考虑电压稳定约束的最优潮流问题的研究新进展。综述了考虑电压稳定约束的最优潮流问题。讨论了在电压稳定约束的最优潮流中考虑高级发电机及负荷模型。最后比较了求解电压稳定约束的最优潮流问题的单阶段法和多阶段法。     

计及详细源荷模型的三相独立微电网连续潮流计算方法

连续潮流是电力系统静态电压稳定分析的基本工具,为更准确计及独立微电网中分布式电源和感应电动机模型对电压稳定的影响,文章建立了包含详细分布式电源和感应电动机模型的三相独立微电网模型。在分布式电源模型中考虑了下垂控制特性和非光滑约束,并对非光滑约束进行了光滑处理。针对上述模型,提出一种三相独立微电网连续潮流计算方法,预测环节采用切线预估法,校正环节利用投影牛顿法处理变量边界约束,避免了校正方向造成的数值问题。对13和15节点三相独立微电网系统采用所提方法进行连续潮流计算,分析了下垂控制特性、非光滑约束和详细感应电动机模型对独立微电网电压稳定的影响,验证了考虑详细模型的连续潮流计算方法的正确性和必要性。     

A two-point estimate method for uncertainty modeling in multi-objective optimal reactive power dispatch problem

Due to nonlinear and discrete variables and constraints, optimal reactive power dispatch (ORPD) is a complex optimization problem in power systems. In this paper, the purpose is to solve multi objective ORPD (MO-ORPD) problem considering bus voltage limits, the limits of branches power flow, generators voltages, transformers tap changers and the amount of compensation on weak buses. The objectives of this paper are real power losses and voltage deviations from their corresponding nominal values, which are conflicting objectives. Because of the stochastic behavior of loads, the MO-ORPD problem requires a probabilistic approach. Hence, in this paper, a two-point estimate method (TPEM) is proposed to model the load uncertainty in MO-ORPD problem. Moreover, the proposed method is compared with some other methods such as deterministic approaches and Monte Carlo simulations (MCS). The obtained results approve the efficiency of the proposed methodology. The proposed models are implemented and solved using GAMS optimization package and verified using IEEE 14-bus and IEEE 30-bus standard test systems.     

Optimal reactive power control via loss minimization and voltage control

This paper presents a mathematical formulation of optimal reactive power control problem via loss minimization and voltage control. The model minimizes real power losses, deviation from the optimal active power despatch policy, and the difference between percentage sharing of reactive power by controlling the generator terminal voltage magnitudes, transfer tap setting, and reactive power sources. The constraints set include power flow equations and limits on the variables. A method is developed to solve this problem using reduced gradient and Fletcher's update. Several test problems were solved using the developed technique. Correction to the groups of decision variables are applied simultaneously as well as hierarchically, and the results are compared for 6-bus, 30-bus, and 103-bus sample systems.     

计及静态电压稳定约束的无功优化规划

选择无功补偿设备投资和系统有功网损的综合费用作为目标函数,同时考虑满足电压水平和电压稳定性两个约束条件来探讨无功规划问题。选取用电压稳定裕度不低于某一个允许的最小稳定裕度来表示电压稳定约束。分别对正常运行工作点和电压崩溃点引入2组变量和潮流方程,从而使得电压稳定裕度可以用临界运行状态下负荷的总视在功率与正常运行状态下负荷的总视在功率之差来显式表达。该模型相对于传统无功规划模型的优势表现在能够根据稳定裕度的目标值直接求得在合理电压水平下的最佳无功补偿配置方案,但其优化模型的等式和不等式约束及变量的数目却大幅增加,使得计算量远大于传统的无功规划问题。在IEEE 14节点和118节点2个试验系统的计算表明,采用非线性原对偶内点法求解该模型时,其计算精度及收敛性都比较好。     

应用基于连续潮流算法的遗传算法进行静态电压稳定分析

由于电力市场的竞争机制使电网运行在电压稳定裕度很低的工作点,因此电力系统的电压稳定问题变得日益突出。章在分析电压稳定模型时考虑了负荷特性,建立了分析静态电压稳定的优化数学模型,提出了应用基于连续潮流算法的遗传算法求解系统的最大静态稳定裕度。对IEEE14节点标准网络的计算结果证明了模型的正确性以及算法的有效性。     

考虑电压稳定约束的无功优化新模型

为了提高电力系统的安全水平,有必要在无功优化中考虑静态电压稳定约束.现有模型以发电机组恒定不变的无功上下限值来确定电压稳定极限,由此可能导致无功的优化运行不满足实际发电机组的运行极限约束.建立了一种含静态电压稳定约束的无功优化新模型.其中,目标函数为正常状态的有功网损最小,约束方程包括正常状态和临界状态的潮流及其他安全约束和电压稳定裕度约束.由于采用一组基于发电机运行极限图的分段函数来准确反映发电机组的无功限制,从而克服了现有模型可能违反发电机组运行极限约束的问题.采用预测-校正原对偶内点法来求解无功优化新模型,通过IEEE30节点系统的仿真计算,验证了本文所建模型的可行性.     

Solution of optimal reactive power dispatch of power systems using hybrid particle swarm optimization and imperialist competitive algorithms

Management of reactive power resources is essential for secure and stable operation of power systems in the standpoint of voltage stability. In power systems, the purpose of optimal reactive power dispatch (ORPD) problem is to identify optimal values of control variables to minimize the objective function considering the constraints. The most popular objective functions in ORPD problem are the total transmission line loss and total voltage deviation (TVD). This paper proposes a hybrid approach based on imperialist competitive algorithm (ICA) and particle swarm optimization (PSO) to find the solution of optimal reactive power dispatch (ORPD) of power systems. The proposed hybrid method is implemented on standard IEEE 57-bus and IEEE 118-bus test systems. The obtained results show that the proposed hybrid approach is more effective and has higher capability in finding better solutions in comparison to ICA and PSO methods.     

考虑电压稳定约束的最优潮流

采用指数负荷模型研究了有载调压变压器对系统最优潮流的影响。在阐述电压稳定性L指标的基础上,将L指标引入传统最优潮流中形成电压稳定约束的最优潮流,运用原-对偶内点法求解该模型。算例结果表明,该模型鲁棒性较好,能更加真实地反映系统实际运行情况。不同静态负荷模型对系统电压稳定性和经济性有一定的影响,系统电压稳定性的提高是以牺牲经济性为代价的,在考虑电压稳定性时,有载调压变压器的加入可以有效降低系统燃料费用,平抑系统有功出力和燃料费用的波动,将波动维持在一个较小的范围内。     

Power injection model of STATCOM with control and operating limit for power flow and voltage stability analysis

This paper presents a power injection model (PIM) of STATCOM for power flow and voltage stability analysis. In this model, PWM control and phase control strategies of STATCOM are handled, and the operating limit is enforced. The NR formulation has the same structure before and after the limit enforcement, and the Jacobian matrix adds only one dimension. This model can also take into account the steady-state losses of STATCOM if desired, and hence more accurately predict the active and reactive power injections. The singular value decomposition (SVD) based method is then extended to study the effect of STATCOM on power systems voltage stability. IEEE 300-bus and 30-bus systems are used to verify the effectiveness and performance of this model and the effect of load changes at all the buses simultaneously on voltage stability has also been studied with the STATCOM.     

Power injection modeling and optimal multiplier power flow algorithm for steady-state studies of unified power flow controllers

This paper presents an optimal multiplier based Newton-Raphson power flow algorithm for reliably and efficiently handling power systems with embedded flexible AC transmission systems (FACTS) devices such as unified power flow controllers (UPFCs). A power injection transformation of a two voltage source UPFC model is derived in rectangular form. After detailed analyses of issues in implementation of UPFCs in power flow programmes by various power flow algorithms, the optimal multiplier power flow method for ill-conditioned systems is adopted. The proposed UPFC model and power flow algorithm have been programmed and vigorously tested in a number of systems. The results on the IEEE 30-bus test system and a 306-bus practical system are reported and compared with conventional user defined model type programmes, which clearly illustrate the effectiveness of the proposed algorithm.