采用Benders分解含机组禁止运行区间的安全约束最优潮流

由于机组的物理结构特性等原因,机组的部分出力区间无法达到,又称其为发电机禁止运行区间,如果在安全约束最优潮流中未考虑禁止运行区间,可能会导致线路故障后机组的校正出力无法消除潮流越限。提出了考虑发电机禁止运行区间的安全约束最优潮流。由于所提模型为大规模的混合整数线性优化问题,难以直接求解,采用Benders分解算法将模型分解为基态最优潮流主问题与短、长期N-1故障校验子问题。通过固定整数变量的方法,将非凸的混合整数优化子问题转换为线性优化子问题,从而能向主问题返回对应的Benders割。6节点与IEEE RTS-96节点算例验证了所提模型与算法的有效性。     

考虑输电线路动态增容的增强型安全约束最优潮流

在复杂内外部风险的影响下,输变电设备的随机故障已成为影响电网安全运行的重要因素。针对现有安全约束最优潮流存在的灵活性或安全性不足的问题,提出了一种增强型安全约束最优潮流(ESCOPF)模型,采用输电线路动态增容技术,保证电网在预想事故发生后至校正控制生效前的运行安全性。并给出了一种基于Benders分解的求解算法,将原问题分解为预防控制主问题、动态增容校验子问题和校正控制可行性校验子问题。通过不断向主问题返回Benders割修正机组发电计划,最终得到满足所有子问题校验的最优发电计划。算例分析结果表明,ESCOPF模型能够充分利用线路输电能力,扩大电网安全运行范围,从而提升系统运行的经济性。     

考虑网络损耗的节能发电调度模型及其混合整数二次规划算法

首先,提出一种非凸的节能发电调度模型,该模型考虑了火电机组的发电阀点效应、直流潮流、线路的安全传输容量约束和网络损耗;然后,运用线性近似和混合整数编码技术处理非光滑的目标函数和网络损耗,并将直流潮流和线路的安全传输容量约束表示为线性约束,从而将非凸的节能发电调度模型转化为混合整数二次规划模型;最后,通过IEEE-30节点系统、IEEE-118节点系统和波兰2746节点系统测试所提模型和方法,并与直流最优潮流模型和交流最优潮流模型的仿真结果进行比较。对比结果验证了所提模型和方法在节能发电调度中的有效性。     

含高比例光伏的配电网有功-无功功率多目标协调优化

高比例光伏并网,给配电网有功—无功功率优化带来了新的问题和挑战。因而提出了基于混合整数二阶锥规划的有功—无功功率多目标协调优化模型。首先,利用二阶锥松弛技术,将混合整数非线性规划问题松弛为混合整数二阶锥规划问题。然后,利用ε-约束方法刻画多目标问题的Pareto有效前沿。接着,运用Benders分解方法,将此问题分解为0-1整数线性规划的主问题和仅含连续变量的二阶锥规划的子问题,主—子问题利用Benders割的牵连,交替迭代,直至收敛到最优解。最后,利用改进的IEEE 33节点配电系统进行数值仿真,结果验证了所提模型的有效性。     

计及源荷不确定性及频率安全的电力系统区间优化调度方法

提出了一种计及源荷不确定性及频率安全的电力系统区间优化调度方法。首先,对系统动态频率特性进行分析,将非线性频率安全约束近似简化为线性约束。接着,在考虑源荷预测误差区间不确定性的基础上,建立了计及频率安全约束的电力系统优化调度问题数学模型。基于Benders分解方法将区间优化问题分解为基准场景下的主问题和不确定场景下校正调度的可行性校验子问题进行求解,为减少需要考虑的场景数量,根据系统违反功率平衡、备用、线路潮流等安全约束的程度筛选出少量高风险场景,并对其进行可行性校验。最后,将该方法应用于含风电的10机39节点系统,仿真结果表明,区间优化调度方法可确保系统在不确定场景下的安全性,与场景法相比,其计算效率显著提高,计算量大幅减少。     

考虑电网N-1闭环安全校核的最优安全发电计划

提高发电计划的安全性和经济性是将短期发电计划应用于实际调度运行的关键.提出了将机组组合与电网线路N-1安全校核直接闭环的发电计划模式,实现了考虑线路N-1闭环安全校核的机组组合全空间优化,有效地提高了发电计划的安全性和经济性.基于该模式,提出了主、子问题一体摔制的最优奔德斯(Benders)分解方法,确保了分解协调的最优性和高效性,并且将起作用整数变量的识别方法嵌入主问题求解流程,进一步提高了安全机组组合模型的求解效率,为所提方法的实用化奠定了计算基础.理论分析和算例测试验证了所提最优闭环发电计划的最优性和高效性.     

计及风电不确定性的随机安全约束机组组合

随着风电接入电网的比例不断提高,风电的不确定性对电力系统的运行调度提出了严峻挑战。将满足一定置信水平的风电区间预测信息纳入到日前调度计划中有助于提高系统的安全性和经济性。为此提出了基于风电区间预测信息的随机安全约束机组组合模型(stochastic security-constrained unit commitment,SSCUC)。该模型将风电的不确定性用1个确定的预测风电场景和2个极限风电场景来表示,简化了问题的复杂度。同时,该模型引入了潮流约束和网络安全约束,保证了调度结果的可行性。为求解该模型,提出了基于广义Benders分解的计算方法。该方法将SSCUC问题分解为一个主问题和2T(T为调度周期)个约束潮流子问题,并通过交替迭代的方式获得原问题的最优解。4机9节点系统和改进118节点系统的计算结果验证了所提模型和算法的有效性。     

考虑光伏不确定性的安全约束机组组合

基于区间估计理论,提出一种求解考虑光伏出力不确定性的安全约束机组组合(SCUC)方法。对于系统预测误差的不确定性模型,允许所做决策在一定程度上不满足模型约束条件,采用置信度控制不满足约束的风险,并考虑不确定性的极限情况。利用Benders分解算法,将不确定SCUC模型分解为无SCUC和考虑SCUC的线路潮流检测问题,形成适合于混合整数规划问题的主问题和子问题求解的计算方法 ,从经济性和安全性角度实现对考虑光伏不确定性的SCUC问题的优化。以光伏并网的WSCC 9节点、3机组系统为研究对象,在MATLAB编程环境中调用优化软件包CPLEX对混合整数规划问题模型进行求解,结果表明该方法可以简单、高效地解决含光伏及负荷预测误差不确定性的SCUC问题。     

计及校正控制的安全约束最优潮流的奔德斯分解算法

针对电力系统调度、规划、检修及风险评估中反复涉及的校正控制安全约束最优潮流的求解问题,在深入机制分析基础上,提出一种基于奔德斯(Benders)分解与协调的模型和算法,使复杂大电网的求解得以进行。该模型和算法的主要贡献体现在:对正常状态下的最优潮流问题(也称主问题),基于电网关键元件规律特性的变动形成有效约束,以提高其求解效率;对预想事件(也称子问题)集,基于处于主导地位预想事件概念的有效筛选方法,使子问题数显著减少。由此,借用奔德斯分解的处理思想,实现主问题与子问题间的协调机制。最后以IEEE 30节点标准系统以及山东电网445节点实际系统作为算例,对该算法进行可行性、有效性等验证。     

基于改进Benders分解的储能、分布式电源与配电网多阶段规划

随着分布式能量采集及能源存储装置的接入,配电系统将承担起局部地区分布式资源整合者的角色。针对计及储能、分布式电源的配电网规划问题,提出多阶段经济规划方法,通过协同考虑设备选址定容、网架扩展及配电网动态重构等优化目标,建立基于二阶锥松弛的多变量协调规划模型;为求解此大规模混合整数非线性优化问题,提出改进Benders分解方法,将模型分解为规划主问题与运行子问题,提出常规Benders分解未涉及的混合整数子问题最优割集生成方法,建立主、子问题迭代求解方法,算例从规划成本、计算效率等方面检验了所提模型与算法的有效性。     

静态安全约束下基于Benders分解算法的可用传输容量计算

在电力市场环境下，可用传输容量(ATC)是反映输电线路可用于交易的剩余容量的重要指标。文中以最优潮流为基础，采用Benders分解方法将考虑静态安全约束的ATC计算问题分解为一个基态主问题和一系列与各预想事故有关的子问题。主问题用来处理基态潮流和相应约束以及由子问题所返回的Benders割(cut)约束，而各子问题用来处理各预想事故和形成相应的静态安全约束。文章给出了相应的数学模型，并提出了两种改进的求解策略。4节点和IEEE30节点系统的计算结果表明了该方法和求解策略的有效性。     

能源互联网中基于多微网校正控制的安全约束最优潮流

近年来,能源互联网因其具有双向按需传输和智能分配能源的优点受到了高度重视。基于Benders分解的求解算法,提出了在能源互联网中通过多微网实现校正控制的安全约束最优潮流模型;在此基础上,提出了利用协调多个微网和系统机组解决故障后线路过载的激励控制策略。不同于直接负荷控制,该方法能够更好地促进主网与多微网之间的双向潮流以利于故障后电网的恢复。通过IEEE118节点标准系统验证了模型与算法的可行性与有效性。     

A new approach to security-constrained generation scheduling of large-scale power systems with a piecewise linear ramping model

This paper presents a new and efficient approach to determine security-constrained generation scheduling (SCGS) in large-scale power systems, taking into account dispatch, network, and security constraints in pre and post-contingency states. A novel ramp rate limit is also modeled as a piecewise linear function in the SCGS problem to reflect more practical characteristics of the generating units. Benders decomposition is applied to this constrained solution process to obtain an optimal SCGS problem based on mixed-integer nonlinear programming (MINLP). The formulation can be embedded in two stages. First, a MIP is formulated in the master problem to solve a unit commitment (UC) problem. This stage determines appropriate on/off states of the units. The second stage, the subproblem, is formulated as a NLP to solve a security-constrained economic dispatch (SCED) problem. This stage is used to determine the feasibility of the master problem solution. It provides information to formulate the benders cuts that connect both problems. The proposed approach is tested in the IEEE 118-bus system to show its effectiveness. The simulation results are more realistic and feasible, whilst assuring an acceptable computation time.     

Power flow control approach to power systems with embedded FACTS devices

This paper focuses on developing an approach to steady-state power flow control of flexible AC transmission systems (FACTS) device-equipped power systems. Based on a power-injection model of FACTS devices and an optimal power flow model, a novel versatile power flow control approach is formulated, which is capable of implementing power flow control incorporating any FACTS device flexibly. Different from existing FACTS device control approaches, the active and (or) reactive power injections are taken as independent control variables. Therefore, using this method, Jacobian matrix need not be changed, although various FACTS devices possess different physical models and different control parameters. Furthermore, it enables the integration of FACTS devices into the existing power system analysis and control programs efficiently. Physical limits of the FACTS devices are also considered in the model. Numerical results on a reduced practical system and a 1500-bus practical system with various FACTS devices are presented to illustrate the vigorousness of the proposed approach.     

考虑静态并联无功补偿的发电机无功储备优化方法

基于考虑有效性和方向性的发电机无功储备定义,提出了考虑静态并联无功补偿的最小发电机有效无功储备优化模型。采用Benders分解算法的思想,将原问题分解为正常运行方式下的主问题和预想非正常运行方式下的子问题,并设计了降低模型求解规模的子问题筛选算法,提高了Benders算法的求解效率。最后,由针对IEEE 39节点系统的算例分析验证了所提算法的有效性。     

Security-constrained optimal generation scheduling for GENCOs

This paper presents an approach for maximizing a GENCO's profit in a constrained power market. The proposed approach considers the Interior Point Method (IPM) and Benders decomposition for solving the security-constrained optimal generation scheduling (SC-GS) problem. The master problem represents the economic dispatch problem for a GENCO which intends to optimize its profit. The formulation of the master problem does not bear any transmission network constraints. The subproblem will be used by the same GENCO to check the viability of its proposed bidding strategy in the presence of transmission network constraints. In this case if the subproblem does not yield a certain level of financial return for the GENCO or if the subproblem results in an infeasible solution of the GENCO's proposed bidding strategy, the GENCO will modify its proposed solution according to the Benders cuts that stem out of the subproblem. The study shows a more flexible scheduling paradigm for a GENCO in a competitive arena. The proposed approach proves practical for modeling the impact of transmission congestion on a GENCO's expected profit in a competitive environment.     

Optimal power flow with FACTS devices by hybrid TS/SA approach

In this paper, a hybrid tabu search and simulated annealing (TS/SA) approach is proposed to minimize the generator fuel cost in optimal power flow (OPF) control with flexible AC transmission systems (FACTS) devices. The problem is decomposed into the optimal setting of FACTS parameters subproblem that is searched by the hybrid TS/SA approach and the OPF with fixed FACTS parameters subproblem that is solved by the quadratic programming (QP). Two types of FACTS devices are used: thyristor-controlled series capacitor (TCSC) and thyristor-controlled phase shifting (TCPS). Test results on the modified IEEE 30 bus system indicates that the proposed hybrid TS/SA approach can obtain better solutions and require less CPU times than genetic algorithm (GA), SA, or TS alone.