最优潮流的原对偶内点法矢量化实现

为提高计算速度,采用矢量化技术实现最优潮流计算.通过将同类型的优化变量集中排列,建立最优潮流模型的矢量化表达形式.采用原对偶内点算法求解该模型,建立梯度矩阵及海森矩阵线性组合的矢量化计算公式.求解修正方程时,对系数矩阵进行近似处理,对修正方程系数矩阵采用LDLT算法进行分解.采用近似最小度(AMD)算法对系数矩阵进行排序,减少分解所产生的注入元.基于C/C++开发电力系统矢量运算支持库,设计动态稀疏存储策略进一步提升最优潮流程序的计算速度.对多个测试系统进行仿真计算表明:矢量化可简化最优潮流的程序逻辑并提高程序运行速度.     

大规模交直流系统潮流计算的实用化模型

给出了一种不发散的大规模交直流系统潮流计算的实用化模型.通过在交直流潮流方程组引入一组松弛量,将常规的潮流计算转换为松弛量平方和最小的非线性规划模型.在该模型中引入不等式约束以反映运行约束及直流控制方式.采用内点法求解该模型,减少修正方程的维数,使之与牛顿-拉夫逊潮流计算修正方程具有完全相同的维数,而且修正方程的系数矩阵具有对称正定特性.采片j近似最小度(approximate minimum degree,AMD)算法与改进平方根分解法来求解修正方程以提高程序计算速度.该模型具有如下特点:无需特殊的初值计算环节:能够适应具有大量小阻抗与负阻抗支路的系统;在潮流有解、潮流无解、可行域边界附近具有良好的、一致的收敛性.在6891节点含8同高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)线路的测试系统的潮流计算中验证了所提算法的有效性和高效性.     

基于变分模型的动态最优潮流新算法

为解决传统动态最优潮流(DOPF)算法中计算速度和计算精度之间的矛盾,建立了电力系统DOPF的变分模型,推导了该变分模型的最优性条件.在此基础上提出了一种基于Radau配置法的DOPF求解新算法.该算法具有计算量小、计算精度高等特点.对某实际系统的分析结果表明算法能够满足在线运行的需求.     

电力系统最优潮流新模型及其内点法实现

为了加快内点法求解电力系统最优潮流OPF(optimal power flow)问题的计算速度,通过在有载调压变压器LTC(load tap changing transformer)支路模型中增加虚拟节点,其支路功率方程由该节点的电压来表达,使其不含有变压器变比这个变量,由此在直角坐标系中建立了电力系统最优潮流问题的二阶新模型。该模型的海森矩阵在优化过程中是恒常矩阵,只需要计算1次,缩短了内点法的计算总时间。利用列近似最小度法COLAMD(column approximate minimum degree)对内点法牛顿方程的系数矩阵进行节点优化排序,以减少三角分解注入元的产生,从而进一步减少优化时间。通过对IEEE14到IEEE300的5个测试系统进行了仿真计算,结果验证了所建模型与方法的正确性与有效性。     

基于改进多中心校正解耦内点法的动态最优潮流并行算法

基于改进的多中心校正(MCC)和解耦技术,提出一种求解动态最优潮流(DOPF)的并行算法。结合内点算法(IPM)框架与DOPF修正方程的分块箭形结构,给出修正方程的并行解耦-分解-回代解法。并结合这一解法特点,提出动态步长拉大技术及自适应最大校正次数技术,以单次迭代计算量小幅增加为代价,换取迭代步长的增大,迭代点中心性的提高,总迭代次数和计算时间的显著减少。解耦技术的使用,使得所提算法的核心计算都可并行完成。6～118节点系统的串行仿真结果表明,算法具有很好的鲁棒性和收敛速度,在多核集群系统上的并行仿真表明,算法具有理想的加速比和可扩放性,适合求解大规模的DOPF问题。     

基于非线性内点法的安全约束最优潮流(一)理论分析

提出了一种考虑多预想事故的安全约束最优潮流内点算法.分析了多预想事故下安全约束最优潮流模型的构建及控制变量的划分.直接应用一类基于扰动KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件的非线性路径跟踪内点理论来设计这一大规模非线性规划问题的解法.对算法核心--简约KKT系统进行了深入的结构分析,导出一种由4×4块元素构成,按预想事故分块对角排列,类似节点导纳矩阵结构的修正系统稀疏结构.简约系统的维数仅取决于等式潮流方程的个数,每次迭代的计算规模稍大于同时求解基态和c个起作用预想事故牛顿潮流迭代的8倍.     

旋转备用的经济分配及其内点法实现

在最优潮流中,发电机组出力通常是独立变量,然而系统的旋转备用约束增加了发电机组出力间的耦合关系。基于非线性内点法针对实时旋转备用最优分配问题提出了一种解耦算法,使得发电机约束矩阵和网络约束矩阵在最优潮流中能够单独进行得到。进一步推导得到一个降阶的KKT(Karush-Kuhn-Tucker)系统,其规模由网络自身大小决定,仅通过修改扩展海森矩阵元素即可计及旋转备用约束的影响,并使用先进的超级稀疏技术全面分析、研究了该降阶KKT系统的稀疏结构。该算法涉及的旋转备用也包括了切负荷。     

基于矢量化和准最优步长的电力系统连续潮流计算

针对传统电力系统连续潮流计算在计算速度和收敛性等方面的不足,提出一种基于矢量化与准最优步长相结合的模型。将连续潮流方程矢量化,并利用Matlab编写程序,可充分发挥其强大的矩阵运算能力以实现快速运算;在求解过程中,引入准最优乘子的概念,将有助于避免系统在较轻负荷下可能存在的不稳定性,减小系统病态的影响。整个连续潮流模型以矢量化的形式表达,简化了程序复杂度,提高了代码的通用性和易维护性。通过IEEE标准测试系统和实际系统的仿真计算,证明该模型的正确性。     

基于内点法的含暂态稳定约束的最优潮流计算

建立了含暂态稳定约束的最优潮流的数学模型，模型中考虑了多个预想事故。提出了一种基于原-对偶内点法的含暂态稳定约束的最优潮流算法。通过充分开发修正矩阵的稀疏性，并在求解时采用稀疏技巧，开发出了高性能的计算程序。在日本60 Hz电力网的10机模型系统的优化计算结果表明，所提算法不仅具有强大的处理等式约束和不等式约束的能力，而且具有良好的收敛性，能够有效地解决考虑多个预想事故时的含暂态稳定约束的最优潮流问题。     

基于海森矩阵的仿射谐波潮流保守性优化

针对传统仿射谐波潮流的计算结果存在较大保守性的问题,提出一种仿射谐波潮流的保守性优化方法。首先建立电网潮流方程,并采用牛顿-拉夫逊算法进行求解,在求解过程中采用纽曼级数将仿射矩阵的求逆运算转换为乘法运算;然后定义保守度作为保守性的量化指标,以完备性为约束条件、保守度最小为优化目标,基于海森矩阵求解仿射乘法的最优近似;最后将仿射乘法的最优近似用于仿射谐波潮流计算。IEEE 30节点系统仿真结果表明,相较于传统算法,所提方法的计算结果具有更小的保守性。     

考虑电压稳定约束含风电场的电网动态最优潮流研究

电压稳定性是风电场的并网运行后所需考虑的一个重要问题.在传统优化潮流的基础上,将改进后的电压稳定性指标引入到优化算法之中,研究了多时段不同穿透功率下的动态优化潮流.根据风力异步电动机的特性方程,将其模型与原始一对偶内点算法算法相结合,推导得出了考虑电压稳定约束含风电场的电力系统动态最优潮流计算的内点算法.该算法可有效保持内点法的收敛快、鲁棒性等优点,实现对系统的优化.最后,考虑不同穿透功率,对算例系统进行了优化计算,分析了风电场对系统的经济性和电压稳定性方面的影响.通过算例分析,得出了一些相关的结论.     

基于扰动KKT条件的原始-对偶内点法和分支定界法的最优潮流研究

针对严格最优潮流模型的精确求解提出了一种新算法。新算法将基于扰动KKT(Karush-kuhn-Tucker)条件的原始-对偶内点法和分支定界法巧妙结合。运用分支定界法的分支处理对离散变量进行整数逼近．同时采用基于扰动KKT条件的原始-对偶内点法求解系列松驰问题,然后通过剪支处理和逐层定界达到收敛．实现了精确求解严格最优潮流的目的。此外。新算法将原问题的可行域进行逐步细分实现了全局寻优性。通过对IEEE14-118节点测试系统的数值仿真和不同算法的比较分析．证明了该算法是行之有效的。     

A study of the homogeneous algorithm for dynamic economic dispatchwith network constraints and transmission losses

This paper presents a study of the homogeneous interior point (HIP) method for the economic dispatch problem that combines both independent blocks of constraints (generation demand balance, network flows) and coupling constraints (ramping) into a single optimization problem. By approximating the network constraints through the DC load flow, and the transmission losses through the B-matrix loss formula, the problem is reduced to a convex optimization problem that possesses nonlinear inequality constraints and free variables. The HIP algorithm is specialized in solving this problem, it yields either an approximate global optimum solution or detects possible infeasibility or unboundedness of the problem. The algorithm is tested on the IEEE 14, 30, 57, and 118 bus test systems dispatched over 10 half-hour intervals. The results show that the algorithm is practically efficient     

大规模水火电力系统最优潮流的现代内点理论分析

基于原始问题的扰动的Kamsh KuHN Tucker条件，推导出一种求解水火电力系统最优潮流（HTOPF)问题的现代内点算法。沿着内点法的中心方向将该算法成功地扩展于求解次最优的HTOPF问题时(A—HTOPF)。与HTOPF相比，A—HTOPF不仅在求解大规模系统问题CPU时间下降1～2倍，而且在大多数情况下，可以保证所得最伏目标值的精度高于99％。     

Optimal power flow solutions under variable load conditions

This work presents a methodology to calculate a sequence of optimal power flow (OPF) solutions under variable load conditions. The aim is to obtain a set of optimal operating points in the neighborhood of the bounds of the region defined by the load flow equations and a set of operational limits. For this, an algorithm based on the continuation method and on a primal-dual interior point optimization method is proposed. Such an algorithm consists of two main steps: the predictor step, which uses a linear approximation of the Karush-Kuhn-Tucker (KKT) conditions to estimate a new operating point for an increment in the system load; and the corrector step, which calculates the optimum corresponding to the new load level via a nonlinear primal-dual interior point method. Indices for critical buses and inequality constraints are a byproduct of the methodology. In addition, sensitivity analysis is performed to calculate the amount of reactive compensation which allows for a pre-specified increase in the system load. Results for realistic test systems are presented     

联营体模式下考虑静态电压稳定性约束的阻塞管理

随着电力系统的发展,电压稳定性问题已经成为制约电力系统日常运行的重要因素之一.本文提出了一种在联营体模式下考虑静态电压稳定性的阻塞管理方法,该方法利用原对偶内点法对系统内各发电机的有功出力与机端电压进行优化,在尽可能满足系统原负荷水平的情况下寻求阻塞成本最小的解决方案.经过新英格兰系统的验证,本文提出的方法能够很好地解决因电压稳定问题所造成的输电阻塞,算法具有很强的鲁棒性.     

电压稳定约束的最优潮流研究

针对电力系统将运行在更加接近电压稳定临界点的情况,建立了一种包含电压稳定约束的最优潮流(OPF)数学模型,在常规OPF模型基础上增加了一组电压稳定裕度约束作为不等式约束。引入能正确反映系统当前电压稳定程度的L指标函数作为电压稳定约束,通过调整该约束的上限值,可以获得系统所要求的电压稳定裕度。利用基于扰动KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件的原始-对偶内点算法对问题进行求解。多个IEEE测试系统上的仿真结果表明,该模型能较好地兼顾系统对电压安全性与经济性的要求;在电压稳定约束起作用时,发电总费用会随着系统对电压稳定要求的提高而增大;L指标约束的加入对系统的调节能力有一定影响;所用算法收敛性好、鲁棒性强,能有效地处理大量等式和不等式约束。     

一种求解多目标最优潮流的模糊优化算法

将模糊集理论和非线性原－对偶路径跟踪内点法应用于求解具有可伸缩约束的多目标最优潮流问题,选择合适的加速因子以改善算法的收敛性,并与单目标非线性最优潮流问题的计算结果进行了比较。对几个试验系统的计算表明,该算法具有稳定收敛性能,优化结果精确,灵活方便,处理变量不等工约束和函数不等式约束的能力很强,适合于求解大规模电力系统的多目标优化问题。     

求解离散无功优化问题的精确连续化方法

提出了一种求解离散无功优化问题的新算法。该方法对离散变量进行二进制编码,从而将离散变量转化为若干0-1变量的线性组合,并将二进制变量约束转化为等价的互补约束,再利用非线性互补函数将互补约束转化为等价的非光滑方程,对其进行光滑化处理后,将原问题转化成可微的非线性规划问题,并采用非线性原对偶内点算法求解。此外,还对离散变量编码的原理以及应用原对偶内点法中遇到的求导难点进行了介绍,并通过几个不同规模试验系统的计算分析,验证该方法能有效处理离散变量,而且具有良好的收敛性和精确性。