基于节点状态优化的配电网故障恢复混合整数线性规划方法

为准确、快速地获取配电网故障恢复最优策略,提出基于节点状态优化的故障恢复混合整数线性规划方法。首先提出节点状态变量概念及其节点属性和电源属性,在此基础上建立节点状态变量-开关状态变量的线性函数关系,即开关状态线性模型;然后运用恒功率负荷线性化方法,建立基于基尔霍夫定律的电流及电压线性等式,等式中节点电压及支路电流等状态变量受节点状态变量及开关状态变量的约束;最后形成以切负荷及开关操作次数最少为目标的故障配电网最优潮流混合整数线性规划模型,即故障恢复模型。算例仿真验证了所提模型的合理性及有效性。     

配电网线性潮流模型通式及误差分析

线性化潮流模型可降低潮流模型的求解难度,是提高配电网分析计算效率的有效手段。近年来,国内外学者提出了众多适用于配电网的线性化潮流模型。该文在总结现有配电网线性化潮流模型的基础上,提出配电网线性化潮流通式。然后,以节点注入功率方程为原始潮流方程,电压幅值的幂函数(v^k)及节点相角差(θ_ij)为独立变量,推导计及/不计及ZIP负荷模型的2种配电网线性化潮流模型,并对其进行误差分析。进一步根据历史数据,选取最优独立变量。最后,采用IEEE33和PG&E69节点系统进行仿真,对不同线性化潮流模型进行测试与比较,验证所选最优独立变量的有效性和鲁棒性。     

三相电压型PWM整流器最优H_∞鲁棒控制研究北大核心

基于现有三相电压型PWM整流器双环PI控制的不足,采用非线性控制理论,对电流内环进行改进,提出了一种反馈线性化最优H_∞鲁棒控制策略。首先对三相电压型PWM整流器的dq模型进行分析,选取状态变量、输出变量,建立仿射非线性系统模型,然后对模型进行状态反馈精确线性化,得到解耦的精确线性化系统,通过解Riccati不等式,最终得到最优控制规律。仿真结果表明:该控制方法能使系统在固定范围内强干扰和参数摄动的状态下实现功率因数整流,并且保持稳定的输出直流电压,可以为战场条件下移动电站应急供电提供有效技术支持。     

基于支路潮流线性化方程的有序充电快速求解方法

针对传统有序充电方法计算效率低、未计及配电网三相不平衡与节点电压和支路电流约束的不足,推导了三相平衡与不平衡配电网的支路潮流方程,提出了将方程非线性项线性化的方法。构建了以车主充电总费用最小为目标函数,节点电压、支路功率、充电功率为不等式约束,支路潮流方程、充电需求为等式约束的电动汽车有序充电的模型。提出了采用二阶段线性规划进行求解的方法。第1阶段线性规划采用忽略支路潮流方程非线性项的简化线性模型求取估算的支路优化有功功率、无功功率、节点电压,作为支路潮流方程非线性项线性化的初始点。第2阶段线性规划采用近似线性模型计算最优充电功率。采用3个仿真算例与其他方法进行了对比,验证了所提出方法的性能。     

三相电压型PWM整流器最优H_∞鲁棒控制研究

基于现有三相电压型PWM整流器双环PI控制的不足,采用非线性控制理论,对电流内环进行改进,提出了一种反馈线性化最优H_∞鲁棒控制策略。首先对三相电压型PWM整流器的dq模型进行分析,选取状态变量、输出变量,建立仿射非线性系统模型,然后对模型进行状态反馈精确线性化,得到解耦的精确线性化系统,通过解Riccati不等式,最终得到最优控制规律。仿真结果表明:该控制方法能使系统在固定范围内强干扰和参数摄动的状态下实现功率因数整流,并且保持稳定的输出直流电压,可以为战场条件下移动电站应急供电提供有效技术支持。     

电力系统线性状态追踪方法

传统状态追踪方法一般基于扩展卡尔曼滤波方法求解,其缺点是:由于电力系统量测方程的非线性,使得这些方法在求解的过程中必须对量测方程进行近似线性化,从而影响了估计精度,尤其是相邻断面的状态变量发生突变时,估计精度明显降低;传统方法在迭代的每一步中均需重新形成雅可比矩阵,因而计算效率较低。以上缺点影响了传统状态追踪方法的应用。提出一种基于精确线性化量测方程的线性状态追踪方法,所提方法的优点为:在估计中无量测方程的近似线性化误差,因而估计精度较高;在迭代中雅可比矩阵均为常数矩阵,从而提高了计算效率。通过在IEEE系统上的仿真算例验证了所提方法的有效性和高效性。     

考虑风电预测误差相关性的负荷恢复鲁棒优化

为应对负荷恢复过程中源荷双重不确定性,建立了负荷恢复鲁棒优化模型。应用近似线性化潮流方法对模型进行线性化处理,并基于解耦思想将原模型分解为预测场景下的方案优化主问题和误差场景下的方案校核子问题。主问题以预测场景下加权负荷恢复量最大化为目标函数,进行风电接入和负荷恢复方案最优决策;基于主问题的决策结果,子问题引入松弛变量,构建计及预测误差不确定性的max-min双层方案可行性校核优化模型,并以可调盒式集合刻画负荷预测误差,以线性多面体集合描述具有相关性的风电预测误差。在求解过程中,利用线性优化强对偶理论将max-min结构的子问题对偶转化,并引入大M法线性化所得对偶模型,然后采用列与约束生成算法进行主、子问题高效迭代求解。算例结果验证鲁棒优化模型和迭代求解方法的有效性和可行性。     

基于线性松弛最优潮流的电力市场日前出清及节点电价分解

基于交流最优潮流的电力市场日前出清能够提升安全性,并给出无功配置结果。目前的线性化最优潮流存在较大误差,为提高其准确性,将潮流方程中网络损耗的非线性部分分解为电压幅值部分和相角部分,分别松弛为线性不等式组,提出一种线性松弛的交流最优潮流模型(linear relaxation-based alternating current optimal power flow model,LR-ACOPF),以此模型建立了考虑无功约束和输电网费率的日前市场出清模型。并通过Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件实现了电价分解,将KKT条件等价变形为节点电价为变量的线性方程组,常数项由发电、输电成本及网络约束的对偶变量组成,对不同对偶变量分别求解,提供了有助于阻塞管理、电压支撑分析的价格信号。最后,通过IEEE算例及西北电网算例验证了所提方法的有效性。     

计及负荷电压静特性的有源配电网线性潮流计算

为了响应配电网快速分析和实时优化的需求,提出了一种基于直角坐标系下的潮流方程考虑负荷电压静特性的有源配电网线性潮流计算方法。在考虑负荷电压静特性和分布式电源DG的基础上,将恒功率负荷和DG模型表示为节点电压相关的二次函数,并通过曲线拟合技术得到函数各系数的最佳取值,最终实现潮流方程的线性化处理。所提方法兼顾了对弱环网的适应性,能够在不需要迭代的情况下实现对潮流模型的高精度逼近。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于重复控制和状态反馈的三相逆变器最优预见控制

针对离网逆变器带非线性负载时输出电压存在畸变问题,该文提出一种基于六倍频重复控制器与最优预见控制的复合控制策略,将六倍频重复控制器具有的无差调节和快速调节的优势与最优控制的线性二次型设计方法相结合,仅给定控制加权矩阵和输出加权系数就可求解出状态变量、重复控制器和指令的反馈系数,并保证系统稳定。根据被控对象的状态空间方程和六倍频重复控制器,设计扩大误差方程,将重复控制器参数设计问题转化为线性二次型问题,并通过黎卡提方程对控制参数进行最优整定。最后,搭建一台容量为10kV·A的样机,验证该文所提方法的有效性。     

计及不确定性的电力系统电压波动分析方法

针对输电网中新负荷需求和新能源发电出力不确定性带来的电压波动问题,基于电流方程比功率方程非线性程度低、线性化误差小的特点,提出了一种基于注入电流灵敏度的电压波动区间分析方法。该方法有效计及了新负荷有功和无功需求的不确定性以及新能源发电输出功率的不确定性,并采用注入电流灵敏度减小了对潮流方程直接线性化带来的误差,然后利用区间线性方程组高斯消去法进行迭代求解,从而准确快速地得到功率不确定情况下各节点电压的波动区间。通过新英格兰10机39节点系统和某500 kV实际输电网进行仿真分析,并与蒙特卡洛法计算结果进行对比,验证了所提方法的高效性和精确性。     

基于观测解耦状态空间的多机励磁非线性分散最优控制策略

为进一步改善多机系统的暂态稳定性,结合直接反馈线性化原理和最优控制理论推导出多机系统中励磁的分散控制规律。该控制策略是根据多机电力系统观测解耦状态空间得出,只需要当地信号实施控制,驱动子系统到达局部平衡点,就能使全系统达到稳定。仿真结果表明,该控制规律能够较好地提高多机电力系统的暂态稳定性。     

电压稳定分析的潮流算法研究

研究了一种新型的用于电压稳定分析的潮流算法,它可充分考虑电力系统各种类型元件的模型,将常规潮流方程与动态元件的状态方程联立求解,同时解出系统中各个节点的电压、相角以及各种动态元件内部的状态变量。它考虑了系统中各种极限情况,消除了对于PV,PQ及平衡节点等的假设,使计算结果更加接近于系统的实际运行情况。采用上述潮流模型的连续潮流算法,对一个试验系统进行了电压稳定临界点的计算,并与常规潮流算法进行了比较。     

静止同步串联补偿器恒功率非线性控制

首先在 dq坐标系下分析了静止同步串联补偿器（SSSC）对于系统潮流的影响,给出了SSSC输出电压 d轴与q轴分量的不同功能。分析了SSSC对于潮流控制的特点,进而针对SSSC的恒功率控制方法进行了研究。状态反馈精确线性化方法的引入实现了SSSC输出电压 d轴与q轴分量之间的解耦控制。通过2个PI环节的应用,使得 d轴与q轴电压分量能分别跟踪直流电容电压与线路潮流,并改善由于状态精确反馈线性化方法的引入所带来的对于系统模型不精确以及参数不确定所引起的弱鲁棒性。数字仿真结果证实了所提出的恒功率控制方法的有效性。     

基于近似连续潮流的在线电压稳定分析

提出近似连续潮流算法以实现电压稳定的在线监视,该算法由预测算法和校正算法2部分组成。其中,预测算法线性化潮流方程,并以一个切线预报来预测其下一个步长状态变量的数值;校正算法则将预测值代入潮流方程,进而求得负荷的计算增长方向。为了减小负荷增长方向和计算增长方向的偏差,每一个步长的预测计算均回到负荷增长的调整方向,并依次反复迭代,直到负荷增长方向与计算增长方向的夹角大于给定值,此时表明潮流方程的线性程度显著恶化,从而得到负荷裕度的近似值。进一步给出了近似连续潮流算法为连续潮流算法线性近似的严格数学证明。该算法不存在潮流方程的收敛问题,计算速度快,所求得的电压稳定指标线性程度好,物理意义明确。IEEE39节点的算例证明了算法的有效性。     

基于割集功率空间上的静态电压稳定域局部可视化方法

提出了一种新型快速的割集功率空间上电压稳定域边界局部近似算法，以用于实现静态电压稳定域的可视化。该算法首先在电力系统状态空间上推导出求解电压稳定域边界局部的线性方程组，利用该方程组可快速地求解出状态空间上的一组近似电压稳定域边界点；然后通过潮流方程将边界映射到割集功率空间上，解决了电压稳定域可视化的降维问题。在此基础上，可利用最小二乘法拟合出割集功率空间上的一个超平面，用以近似地表达电压稳定域边界。IEEE118节点系统算例结果表明，该方法能在割集功率空间上以较小的误差快速地近似表达出电压稳定域边界的局部；算法对于实现电压稳定域的在线计算及可视化具有一定的实用价值。     

异步化同步发电机的最优励磁控制及其暂态分析研究

分析了异步化同步发电机的转子运动方程、励磁绕组动态方程及变频器频率调节暂态方程,从而建立了用于分析异步化同步发电机系统稳定性的暂态数学模型.对所建立的模型使用线性最优控制的方法,设计了异步化同步发电机系统的线性最优控制系统,仿真结果表明,变频器频率调节暂态方程是异步化同步发电机数学模型不可缺少的方程,并且所设计的励磁控制器能有效地改善系统的暂态稳定性.     

全桥型DC/DC变换器的DMC-PID串级控制策略研究

研究了全桥型DC/DC变换器系统的控制方法。针对现有DC/DC变换器动态响应速度慢、抗干扰能力差的现状,提出了基于状态反馈精确线性化的动态矩阵控制-比例积分微分DMC-PID（dynamic matrix control-propor-tional integral differential）串级控制方法。应用状态空间平均法建立全桥型DC/DC变换器系统的非线性模型,通过状态反馈精确线性化后得到线性化系统。为使系统获得优良的控制性能,选取DMC-PID串级控制方法。该控制方法同时具备PID算法的鲁棒性和DMC算法的快速性和稳定性,能有效地解决电源输入电压大范围波动输出电压不能及时稳定的问题。通过仿真分析和实验验证了该方案能在各种扰动工作条件下实现对变换器输出精确、快速的控制。