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。     

基于场景法的有源配电网动态无功优化

随着分布式电源(distributed generation, DG)大量接入,配电网动态无功优化调度难度增加,现有方法存在不足,为此提出一种基于场景法的有源配电网动态无功优化方法。首先运用场景法描述DG出力的不确定性,采用Weibull分布和Beta分布分别构建风速和光照强度模型,通过DG出力公式,将随机问题转换为确定性问题;然后采用蒙特卡洛模拟法抽样和K均值聚类算法将样本聚类成3个典型场景,建立系统日内网损最小、无功补偿设备动作费用与变压器分接头调节代价费用最小为目标函数的多目标动态无功优化模型,并采用改进的多目标粒子群优化(multi-objective particle swarm optimization, MOPSO)算法对该优化模型进行求解;最后用所提方法对改进的IEEE 33节点系统进行仿真,验证其可行性。     

基于随机响应面法的主动配电网无功优化

考虑分布式电源(DG)的无功主动调控能力,计及状态变量的机会约束,建立主动配电网随机无功优化模型。通过非参数核密度估计对随机因素进行建模,进一步借助随机响应面法,研究适应于多种概率模型的概率潮流计算方法,用以判断状态变量是否满足机会约束,并利用Nataf变换处理随机变量的相关性。结合基于粒子群的无功优化方法,对所建立模型进行求解。最后,基于修改过的IEEE 33节点和美国PGE 69节点配电系统测试所提方法的正确性和有效性。算例表明所提概率潮流计算方法所得累积分布函数具有较高的精度,同时设计不同的场景,进一步表明所提模型和算法适应不同DG无功控制策略、可发现确定性优化方案的概率越界风险并调整解决。     

基于场景聚类的主动配电网分布鲁棒综合优化

为较好地考虑分布式电源（DG）和负荷的不确定性对配电网的影响,基于风电场景预测,通过调整网络拓扑结构和风电、光伏发电、微型燃气轮机、储能、无功补偿等的出力,提出了实现动态重构与无功优化相结合的主动配电网综合优化模型。在考虑DG间相关性的基础上,基于原始数据采用拉丁超立方采样得到初始场景,利用手肘法确定K-means算法的聚类数,从而得到典型场景,场景分布的概率置信区间由1-范数和∞-范数约束。另外,为了消除储能与机组组合的时间相关性约束,重点介绍了基于盒式分解算法的两阶段分解模型。第1阶段以机组启停成本和运行成本为目标函数对机组与储能的各时段运行域进行约束。将第2阶段转化为单时间尺度优化问题,通过求解得到经济性最优的结果。模型采用列与约束生成算法进行求解,通过对IEEE 33节点系统与Taipower 84节点系统的仿真验证了模型的鲁棒性与可行性。     

考虑DG无功支撑和开关重构的主动配电网分布鲁棒无功优化模型

近年来,风光等分布式电源(distributed generation, DG)的大力发展给主动配电网无功优化带来了新的挑战。传统随机优化和鲁棒优化方法在处理清洁能源不确定性方面存在片面性或保守性等问题。基于此,该文构建以系统网损为优化目标,并考虑DG无功支撑和开关重构的主动配电网分布鲁棒无功优化模型。该模型除了包括传统无功优化中的开关、变电站有载调压变压器、离散与连续无功补偿装置等元素,重点对双馈风机和微型燃气轮机的容量曲线进行详细建模,从而融入DG的无功支撑能力,并设计有功无功出力耦合特性约束的线性化方法。结合风电和光伏的典型场景数据,以及决策变量的调节特性,构建基于数据驱动的分布鲁棒两阶段无功优化模型,其中不确定性概率分布置信集合同时受到1-范数和∞-范数约束。模型采用列与约束生成(columns and constraints generation,CCG)算法进行求解,并在IEEE33节点算例上验证模型对系统无功支撑能力的提升和分布鲁棒方法的有效性。     

计及分布式电源的配电网无功组合优化方法

无功优化是配电网运行中的重要内容,有效的无功优化方法对配电网的高效运行意义重大。提出了利用DG以及电容器组的配合实现配电网无功优化的两阶段方法,在第一阶段配置电容器组,在第二阶段配置DG。提出了配置DG以及电容器组的数学模型,分析了含有电容器组和DG配电网有功损耗的计算方法,并且详细地给出了求解过程。并结合实际配电网给出了无功优化的组合优化方案。在最大、最小负荷情况下,利用所提出的方法,对配电网进行了无功优化。通过实际电网计算结果的分析和比较表明,配电网的有功损耗明显下降,电压水平明显改善,所提出的DG和电容器组的组合优化方法,可以适应配电网无功优化的需要。     

基于柔性软开关的主动配电网两阶段鲁棒优化运行

随着分布式发电机(distributed generator, DG)大规模并入配电网,负荷与DG出力的随机性和波动性给配电网的运行带来了很大挑战。基于柔性软开关(soft open point, SOP)在潮流控制、无功补偿方面的优势,建立以主动配电网运行成本最低为目标函数的两阶段SOP鲁棒优化运行模型。第一阶段,生成每个时间段的SOP运行策略和开关的动作情况,以最小化运行成本;第二阶段,在预定义的不确定性集中寻找配电网运行的最恶劣场景及相应场景下的最小运行成本,并通过调整鲁棒调节参数,灵活地改变运行方案的保守程度;然后利用列约束生成算法和对偶理论,将原问题分解为主问题和子问题进行交互迭代求解;最后,以改进的IEEE33节点系统为例,验证了所提方法的有效性和安全性。     

含固态变压器新型配电网动态无功多目标优化

风机和光伏电池等分布式电源(distributed generator, DG)大量接入配电网会导致电压波动和网损增大等问题,需要对动态无功进行优化。但是由于风光存在的不确定性会影响动态无功优化的效果,因此提出了一种含固态变压器新型配电网动态无功多目标优化方法。首先,通过 Weibull 分布和 Beta 分布对风速和光照强度进行曲线拟合,再采用风机和光伏电池出力公式生成 DG 出力模型。其次,通过蒙特卡洛仿真抽样法对上述模型进行抽样,生成上千个DG日出力场景,并采用k-means 聚类算法将上千个场景聚类成k个典型场景,以缩短随机潮流计算时间。再次,以IEEE33 节点系统为基础,建立含固态变压器有源配电网方案和含有载调压变压器有源配电网方案,以日内网损和电压波动最小为目标,采用改进型多目标灰狼算法对两种方案的相关参数进行优化。最后,以优化后的相关参数进行仿真和对比,证明了所提方法在降低配电网网损和维持节点电压稳定方面的优越性。     

计及电动汽车无功支撑能力的分布式电源与智能停车场联合规划方法

随着大量分布式电源(DG)及电动汽车(EV)接入配电网,为保证电网的高效、清洁、经济和安全运行,必须对二者进行合理的规划。为此,提出一种计及EV无功支撑能力的DG及智能停车场(IPL)联合规划方法。首先,基于有源配电网的基本物理结构,对EV动力电池的无功可调范围进行了推导。进一步考虑风电等间歇性DG出力、常规用电以及EV充电负荷时空分布的不确定性,通过构建发电—负荷场景以综合计及上述不确定性因素的影响。在此基础上,分别以系统投资和运行成本最小作为目标函数,构建了综合考虑DG和IPL选址定容的两阶段优化模型。根据模型特点,采用经典的遗传算法实现问题求解。以33节点配网系统为例,对所提模型的有效性进行验证。仿真结果表明,在配电网投资规划中充分考虑规模化入网EV的无功支撑能力,能够有效改善系统的电能质量,促进可再生能源高效利用,从而带来更好的经济效益。     

配电网中考虑不确定性的分布式电源规划研究综述

间歇性分布式电源接入配电网运行大幅增加了配电网中的不确定性因素,给相关规划工作带来了新的挑战。介绍了适用于规划阶段的风电、光伏和负荷等一系列不确定性因素的建模工作;评述了传统配电网中考虑不确定性的分布式电源(DG)规划方法,包括多场景规划方法、机会约束规划方法和模糊规划方法;综述了主动配电网中考虑不确定性的规划方法,包括单层规划方法和双层规划方法。在此基础上,从网源协调规划、风险规划、考虑全寿命周期成本的DG规划、考虑需求侧管理的DG规划和考虑储能系统接入的DG规划等方面着手,展望了配电网中考虑不确定性的DG规划领域在未来可能出现的理论和方法。     

多DG不确定性建模及其对配电网谐波潮流的影响

分布式电源(DG)出力的随机性和间歇性导致其并网谐波电流具有不确定性,进而导致含DG配电网的谐波分布具有不确定性。为处理配电网谐波潮流计算中DG作为谐波源的不确定信息,以复仿射数代替点值,建立DG并网逆变器输出阻抗复仿射模型,该模型反映了直流侧电压源的不确定性对DG并网谐波电流的影响。在所提模型的基础上,改造传统确定性谐波潮流算法,提出含多DG配电网的不确定谐波潮流计算方法分析DG不确定性对谐波潮流的影响。采用典型33节点配电网算例进行仿真,与确定性分析方法计算结果的对比验证了所提方法的有效性和应用价值。     

考虑多个分布式电源接入配电网的多目标无功优化调度

坚强智能电网的建设促进了分布式电源(Distributed Generation,DG)并网技术的发展,DG并网对配网进行无功优化不仅能够提高电压质量、降低有功网损,还增加了配网运行的灵活性、经济性与安全性。以系统有功功率损耗最低与电压偏压量最小为双目标函数,建立无功优化模型。针对目前无功优化问题尚缺乏一种能兼顾求解的高效性与全局搜索最优性的方法,文中将一种新的启发式算法-鲸鱼优化算法(WOA)运用到电网无功优化调度中,对多个DG接入的IEEE 33节点系统进行无功优化仿真分析。研究表明DG并网增加了配网的稳定性,并且证明了WOA算法在解决此问题上的鲁棒性和有效性。     

计及分布式电源出力和负荷不确定性的配电网孤岛划分

针对计及分布式电源(DG)出力波动性及负荷需求不确定性的配电网孤岛划分问题,提出了一种基于树背包理论的最优孤岛划分新模型及相应求解方法。所述方法的基本思路为:首先,构造了DG出力波动性和负荷需求不确定性基于树背包理论的随机最优孤岛划分新模型;进而,基于拉丁超立方超样方法、确定性树背包算法、数理统计方法,确定各初始孤岛的组成,包括DG及相应负荷节点;最后,对每个初始孤岛在考虑孤岛重构的基础上采用基于随机最优潮流的优化调整,通过优化调整而保证DG孤岛运行的最优性、安全性和经济性。所述方法实现了计及分布式发电及负荷出力不确定性情况下最佳孤岛的系统形成方法,能根据实时情况确定最大可能出现的孤岛,相对于在确定性条件下的孤岛具有更强的可信度。含有多个DG的PGE 69节点系统的算例验证了所述模型及算法的有效性。     

面向中低压配电网的分布式协同无功优化策略

分布式电源的大规模接入使得中低压配电网具备参与优化调度的能力,但分布式电源出力的随机性和潮流分布的复杂化为中低压配电网无功优化带来了新的挑战.考虑台区拓扑信息不全的现实问题和传统协同优化的局限性,文中提出面向中低压配电网的分布式协同无功优化策略.首先,对馈线和台区分别建立馈线物理模型和台区拟合模型.然后,利用主从分裂法对全局无功优化模型进行分解,并将不可控台区的潮流拟合模型引入馈线无功优化模型,从而充分调用馈线资源改善不可控台区各节点的电压质量,解决基于物理模型协同优化的局限性,提升协同无功优化水平.算例仿真结果验证了所提策略的有效性和优越性.     

A smart distribution system reconfiguration algorithm with optimal active power scheduling considering various types of distributed generators

This paper presents an efficient way of solving the distribution system reconfiguration (DSR) problem in electrical power systems with consideration of different types of distributed generators (DGs). The objective of a DSR is to minimize the system power loss while satisfying the system constraints and keeping the topology of the system radial. In this paper, a new DSR algorithm based on a modified particle swarm optimization (PSO) is proposed to incorporate DGs with the constant voltage control mode. The proposed method is very efficient because it avoids an extra iteration loop for computing the reactive power at PV buses in order to keep the voltage at a specified magnitude. Furthermore, if the reactive power requirement is not met in between the extreme limits, the proposed algorithm strictly searches for the best possible tie switch combination to simultaneously reduce the power loss and ensure that the DGs operate in PV mode within acceptable reactive power limit. The proposed algorithm also integrates hourly DSR with optimal DG active power scheduling considering the DG type, generation limit constraints, and the allowable DG penetration level. The validity and the effectiveness of the proposed method has been tested using standard IEEE 33‐bus and 69‐bus distribution networks with various case studies. Test results show that the proposed method is robust and delivers a minimal average power loss compared with different methods, and it efficiently models DGs in DSR, demonstrating that the presence of DGs can further reduce the system loss. © 2016 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

风电场中分布式电源配置方法优化研究

现有的风电系统电源配置方法一般通过有功矩法确定电网的连接点,难以获取电源分布的最佳定容,网损较大,配置效果不理想。针对这一问题,对风电场中分布式电源DG（distributed generation）配置方法进行了优化研究,建立了风电场中分布式电源配置的目标函数,并通过约束方程获取有功网损和分布式电源节点状态变量的越限概率;采用改进基本仿电磁学算法得到分布式电源分布的最优定容方案,实现了分布式电源的优化配置。实验结果表明,所提方法能够减少风电场的有功网损,平均配置失误率和稳定性分别为1.96%和96.2%,具有最佳的电源优化配置效果。     

一种面向智能配电网的分布式并行电压优化方法

针对智能配电网中分布式电源(DG)接入及电网仿真实时响应的需求,提出一种分布式并行环境下求解智能配电网中各DG最优输出功率的方法,实现了快速高效的配电网电压优化。该方法首先基于凝聚层次聚类法(HAC),解决了智能配电网自动分区的问题,在此基础上,采用分布式序列二次规划(DSQP-DG)算法,通过内外层迭代交替并行求解出DG最优出力。以接入DG的IEEE 33节点系统算例对该方法进行测试验证可知,较之辅助问题原理(APP)方法,该方法具备更好的寻优能力和快速性,能够有效解决智能配电网分布式并行电压优化问题。     

计及分布式电源精确特性的配电网动态无功优化

提出一种精确计及分布式电源DG特性的配电网动态无功优化的有效方法。根据不同类型DG的运行控制方式,用二阶锥松弛适当处理PQ、PV、PI和PQ(V)4种类型DG的并网潮流约束,将非凸的交流潮流方程近似地转化为凸的二阶锥约束,并通过设置优化目标函数驱使松弛误差趋近于0,把配电网的动态无功优化问题转化为凸的混合整数二阶锥规划问题。降低求解复杂度,提高优化精度,保证全局最优,保证支路电压、电流安全约束同时考虑储能装置,离散无功补偿电容器作用于配电网的约束。以多时段有功网损最小为优化目标,建立计及分布式电源精确特性的配电网动态无功优化模型,根据调度周期内预测的各时段的DG出力和负荷曲线,以IEEE69节点系统为例进行仿真实验,验证所提方法的有效性。     

基于交替方向乘子法的主动配电网日前两阶段分布式优化调度策略

随着主动配电网中可控设备的大量接入,亟需提出新的优化调度策略以适应主动配电网日益复杂的调度运行。针对此问题,综合考虑主动配电网的运营成本和网络损耗,提出了一种日前两阶段分布式优化调度策略。第一阶段为有功优化阶段,考虑可控资源的有功调节作用,以配电网运营成本最小为目标进行经济优化调度;第二阶段为无功优化阶段,在第一阶段调度基础上,以系统网损最小为目标,考虑可控资源的无功调节作用,建立无功优化模型。为减轻系统通信负担,采用交替方向乘子法分别将有功和无功优化的集中式数学模型分解成多个子模型,通过相邻区域间期望信息的交互实现模型的分布式求解。仿真结果表明该策略可有效减小配电网的运营成本和网络损耗。     

Optimal reactive power control of DGs for voltage regulation of MV distribution systems using sensitivity analysis method and PSO algorithm

This paper addresses the problem of reactive power control of distributed generation (DG) units in the medium voltage (MV) distribution systems to maintain the system voltages within the predefined limits. An efficient approach for the load flow calculation is used here which is based on the topological structure of the network. It has been formulated for the radial distribution systems. A direct voltage sensitivity analysis method is developed in this paper which is also based on the topological structure of the network and independent of the network operating points. Thus, the sensitivity matrix is calculated once with the load flow program and it is used in all the system working conditions. The problem of DGs reactive power control is formulated as an optimization problem which uses the sensitivity analysis for linearizing the system around its operating points. The objective of the optimization problem is to return the system voltages inside the permitted range by using the reactive power of DGs in an optimal way. The optimal solutions are obtained by implementing particle swarm optimization (PSO) algorithm. Then, the results are verified by running a load flow considering new values of DGs reactive power. The procedure is repeated as long as a voltage violation is observed. Simulation results reveal that the proposed algorithm is capable of keeping the system voltages within the permitted limits.