电力系统最优主动解列断面搜索模型及算法

解列是电力系统在故障时结构完整性得不到保证的情况下分裂为2个或多个孤立稳定运行子系统的过程或操作。及时恰当的主动解列操作将能有效地避免因保护连锁动作使得电力系统被动解列而崩溃所造成的巨额经济损失。结合图论中的相关概念和输电网最优解列的物理过程,建立电力系统最优主动解列断面选择问题的完整数学模型,并基于含连通图约束的背包问题(connected graph constrained knapsackproblem,CGKP)及其求解算法提出"搜索调整"的2阶段求解方法。为降低问题的复杂性,将完整数学模型分解成图的最优平衡分割问题和基于优化潮流的调节问题,并分2个阶段分别求解。其中,图的最优平衡分割问题又被分解成多个CGKP,利用基于含CGKP的图分割方法进行求解。所提出的主动解列策略具有较强理论基础,计算复杂度低,算例的计算结果证明了该模型及算法的正确性和有效性。     

电力系统主动解列断面搜索的研究

进行了IEEE 39节点系统失稳分析;运用基于含连通图约束的背包问题(connected graph constrained knapsack problem,CGKP)的模型和算法,进行IEEE 39节点主动解列断面搜索,对CGKP不足提出了改进意见;给出了针对福建系统类似问题的分析方向。     

基于主从问题的电力系统最优主动解列

系统主动解列的完整模型为大规模非线性混合整数规划问题,大多采取完全分解方法,因而只能求得近似解,针对此问题提出了基于主从问题交替求解电力系统最优主动解列断面的新策略,从而求得更优解。该策略基于图背包理论(connected graph constrained knapsack problem,CGKP)将完整主动解列模型转化为主从问题;主问题为图的最优平衡分割问题,采用CGKP技术进行求解;从问题为基于直流最优潮流(optimal power flow,OPF)的调度问题,采用OPF技术进行求解;主从问题之间通过节点负荷的调节量实现耦合。通过主从问题之间的交替迭代获得更优的解列方案,同时也使得解列方案更接近于完整模型的最优解。算例分析表明,该算法相对于其他近似求解策略,所获得的解列方案可使系统总切机切负荷量更少,从而证明了该方法的有效性和可行性。     

考虑柔性直流落点约束的最优主动解列断面搜索算法

当电力系统遭受严重扰动后,主动解列策略是防止灾害性大停电事故积极而有效的手段,其核心内容是搜索最优解列断面,通常理解为是一种含约束的组合优化问题。提出了一种基于谱聚类的考虑柔性直流落点约束的最优主动解列断面搜索算法,该方法通过谱聚类算法将电力系统的最优解列断面搜索问题映射为图的分割问题进行求解,直接求取最优解且计算速度较快;以最小有功潮流冲击为目标函数,最小化解列后系统潮流的改变提高了孤岛系统的暂态稳定性;考虑了基于电压源换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)的终端落点作为约束条件,将VSC-HVDC的终端置于不同孤岛内可实现孤岛间功率的交换,降低了系统整体恢复稳定的成本。最后通过IEEE 10机39节点系统以及厦门系统实际算例的仿真验证,证明了该方法的有效性和快速性。     

电力系统主动解列断面搜索方法与孤岛调整策略

主动解列是一种基于电力系统实时动态信息的紧急控制手段。及时而恰当的主动解列可以阻隔故障传播,避免保护连锁动作可能导致的系统崩溃,有利于大扰动后电力系统的快速恢复。在此背景下,提出一种包括快速搜索解列断面和优化调整孤岛的系统主动解列方案。首先,对在机器学习领域发展起来的谱聚类算法进行改进,提出含约束谱聚类算法,以计及发电机组的同调约束,从而将解列断面搜索问题转化为广义特征值求解问题。为克服在含约束谱聚类算法中采用传统k-medoids算法存在的对初始中心点敏感、搜索效率低的缺点,提出改进k-medoids算法并将其与约束谱聚类算法相结合,以求取最优解列断面。然后,对于解列后每个不满足安全约束的孤岛,优化调整其发电机组出力,必要时也可削减一些负荷,以维持每个孤岛的安全运行。最后,以IEEE 118节点系统和实际电网为例,说明所提方法的可行性和有效性。     

基于拓扑连通性约束遗传算法的主动解列断面搜索

随着大规模新能源互联电网的发展,电力系统发生连锁故障的风险越来越高,适当的主动解列可以阻止故障的传播。为解决主动解列断面求解过程中的系统拓扑连通性和计算复杂度高的问题,提出了一种含拓扑连通性约束遗传算法的主动解列断面搜索方法。该方法首先构建了解列断面搜索的数学模型,然后基于图论知识提出了一种系统拓扑连通性约束,并加入到遗传算法中。同时提出了一种系统拓扑简化和预处理方法。最后将简化后的系统拓扑和数据输入到含拓扑连通性约束的遗传算法中进行主动解列断面的求解。IEEE 118节点系统算例表明,所提算法能够保证求解出的主动解列断面具有拓扑连通性且有功功率基本平衡,系统拓扑简化和预处理方法能够有效提高算法的运行效率。     

基于“搜索+优化”的主动解列断面选择方法

针对大规模电力系统失稳后应及时进行解列的问题,提出一种"搜索+优化"的主动解列断面选择方法。该方法在"搜索"阶段分2个步骤进行:首先将电力系统等效为无向加权图,以Floyd算法得到节点之间的耦合程度获取公共节点,对原始网络结构进行降维;再依据失稳机组电压相角均值与负荷节点电压相角差的大小,将公共节点划分到相应的集合中,得到初始解列断面。"优化"阶段按照解列原则对初始解列断面进行调整,得到满足孤岛功率平衡约束的解列面。所提算法计算复杂度小,能快速缩减求解策略的规模,确定最终解列断面。以CEPRI 36节点系统和IEEE 118节点系统进行仿真,结果验证了所提方法的正确性与有效性。     

考虑同调机组的电力系统主动解列断面搜索方法*

将电力系统解列断面搜索问题转化为单目标多约束优化问题,提出了一种考虑同调机组的解列断面搜索新方法。节点间电抗值的大小反映了其电气连接强弱程度。首先以节点间线路电抗值为线路权值,利用Dijkstra算法计算同调机群中发电机之间最小电抗连接线路,得到同调机组连通图,之后用prim算法得到同调机组连通图的最小生成树,并将其等值为一个节点,从而保证电力孤岛内机组连通性。最后利用Dinic算法求得非同调机群间最小潮流割集,得到最优解列断面。对经典IEEE-39节点系统进行算例仿真,验证了文中所提出方法能够快速准确定位解列断面。     

基于递归子问题树法的含DG配电网最优孤岛搜索

配电网发生大面积停电时,单个或几个分布式电源形成孤岛是保障重要负荷、提高系统可靠性的重要手段。为此,提出将孤岛搜索问题转化为若干个祖先约束背包问题（PCKP）,在配电网树模型中直接引入离散可卸负荷,利用基于子问题树的递归算法求解得到初始孤岛;并对初始孤岛进行校验和融合,形成最优孤岛方案。校验中考虑了孤岛的潮流、电压和电压稳定约束。该算法能同时兼顾连通性和最优性,形成的孤岛能有效保障重要负荷不失电,且复杂度只与节点数呈数性关系。通过算例证明了该算法的有效性。     

数据驱动的同调机组分群及主动解列技术

新型电力系统发生区域性故障时系统的安全稳定性问题日益突出,主动解列作为防止故障扩散的有效手段在系统稳定研究中逐渐获得关注。从同调机组分群技术和解列断面搜索技术两个方面对主动解列开展研究,结合时频分析、特征提取和图论等方法,提出基于改进聚类算法的同调机组分群技术和基于多层图分割的解列断面搜索技术,并在IEEE-39节点标准测试系统中验证了所提方法的适用性。     

基于图论的电力系统PMU布点优化算法

基于最小支配集理论和电力系统线性量测模型，提出了可观测节点集合、WAMS可观测矩阵两个概念以及一种新的节点可观测性计算规则。以保证系统的完全可观测性和以系统图的最小支配集为搜索范围构成约束条件, 以电力系统状态完全可观测和相量测量装置（PMU）配置数目最小为目标,形成了PMU配置优化问题。并应用禁忌搜索(TS)方法求解该问题,保证了全局寻优。最后采用 IEEE 14、30、57 、118节点系统和新英格兰 39 节点系统对该方法进行了验证,仿真结果表明该方法的有效性和可行性。     

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。     

基于图论的移动应急电源孤岛划分及最优接入点搜索

在城市配电网发生大面积停电时,移动应急电源为重要用户提供孤岛应急电力资源。在配电网图模型的基础上,提出将孤岛划分问题转化为祖先约束背包问题,利用图论的精确递归法解决。首先深入研究了最优接入点的优化:通过在配电网每个节点形成孤岛,获得每个节点对应恢复负荷的失负荷价值总和。然后以此为目标,搜索到单台移动应急电源最优接入点,并利用多约束优化解决岛内电源接入点搜索问题。最后,在单台移动应急电源最优接入点搜索方法的基础上,给出了多台移动应急电源联合应急的方案制定方法,算例结果证明了该方法能最大程度地利用移动应急电力资源减小重要用户的经济损失。     

基于多背包问题求解的电网无功补偿配置方案

针对传统无功补偿配置方法受人工经验影响或存在收敛性问题的缺陷,提出了一种基于多背包问题求解的电网无功补偿配置方案,首先计算各变电站的无功缺额,再将无功平衡过程抽象为多背包问题的求解,无功富余的变电站作为背包、无功存在缺额的变电站作为物品,以背包所装物品价值最大为目标,采用遗传算法求得最优解,并解码得无功平衡结果。最后针对平衡后仍存在无功缺额的变电站,根据就近归整的原则进行无功补偿增配。本文首次将多背包组合优化求解引入到电网的无功补偿配置分析中,并采用智能算法提高了无功平衡的分析效率,降低了无功规划的工作量。算例分析验证了本方案可行有效,对电网无功优化管理具有参考和应用价值。     

基于有向图的含分布式电源配电网孤岛划分模型

含分布式电源配电网的孤岛运行模式可以充分提高分布式电源利用率和配电系统供电可靠性。文中提出一种基于有向图模型的含分布式电源配电网的孤岛划分新模型。首先,提出一种基于有向图的配电网结构模型,该模型通过引入"虚拟节点"和"虚拟需求"建立了支路方向可变的配电网模型,从网络结构模型上保证了配电网孤岛运行区域的连通性和辐射状结构。然后,基于有向图模型,建立了考虑联络开关可操作性、负荷重要等级、负荷可控性以及分布式电源运行特性的孤岛划分模型,并将其转化成一个混合整数线性规划问题以便于求解。最后,采用PGE 69节点配电系统进行测试,验证了所提出的孤岛划分策略的有效性。     

基于图分割的潮流计算中的节点优化编号

随着社会的发展,电网的拓扑结构变得越来越复杂,电力系统潮流计算的维数也越来越大,适当的节点优化编号能够有效地加速电力系统的潮流计算。电力网络作为一种无标度的网络,可以抽象成图来表示各个节点之间的拓扑关系,为了解决电力系统潮流计算中的节点优化编号问题,提出了基于图分割算法中的多层次嵌套排序算法进行节点优化编号的方法,大幅提高了节电优化编号的速度,能够有效地加速大规模系统的潮流计算,并以IEEE14节点算例为例,介绍了所提方法的流程。算例结果验证了该算法无论是在速度上还是在内存占用均优于传统方法,能够更有效地满足大规模电网潮流计算的需求。     

电力系统恢复控制的机组优化启动策略

现代电力系统恢复控制中的机组优化启动问题是一个复杂的多阶段决策优化问题.从全过程最优化的角度出发进行系统建模,以恢复过程中确定时间段内系统发电功率对时间的积分最大为优化目标,同时计及各种约束条件.通过将恢复过程按时间离散化,将此连续的全过程最优化问题分解为每一时步的优化计算,每一时步的优化问题构成一个典型的"背包"问题.采用经典回溯算法逐步求解每一时步中的"背包"问题,确定每一时步启动的机组,从而形成整个恢复过程的机组优化启动策略.求解方法较好地权衡了对所求解问题的快速性和正确性要求.以改进的15机系统为例进行测试,结果表明利用所提方法确定的机组恢复顺序可以获得比传统方法更好的恢复效果.     

电力系统恢复中机组恢复的优化选择方法

系统研究了电力系统恢复过程中机组恢复的优化选择问题.提出了一种根据恢复过程的实际状况选择被启动机组的优化策略并给出了相应的数学模型.模型以恢复过程中机组发电量最大为全局优化目标,同时计及各种约束条件.该模型为一个典型的多约束条件的背包问题,通过采用基于数据包络分析模型的相对有效性评估的定性方法与利用回溯算法求解背包问题的定量方法相结合的方式,确定恢复过程中某一时刻最合理的被启动机组.所提方法能较好地权衡对所求解问题的快速性和正确性要求.算例结果验证了所提模型与算法的有效性.