A New Optimal Routing Algorithm for Loss Minimization and Voltage Stability Improvement in Radial Power Systems

This paper presents an optimal routing algorithm (ORA) for minimizing power loss and at the same time maximizing the voltage stability in radial power systems. In the proposed ORA, a voltage stability index (VSI) for real-time assessment is introduced based on the conventional critical transmission path framework. In addition, the algorithm can automatically detect the critical transmission paths that will result in voltage collapse when additional real or reactive loads are added. To implement effective ORA, an improved branch exchange (IBE) method has been developed based on a loss calculation index and tie-branch power flows that is suited for real-time applications. The proposed algorithm has been tested in the IEEE 32- and 69-bus systems as well as in a large-scale Korea Electric Power Company 148-bus system to show its effectiveness and efficiency     

基于广域测量系统的在线电压稳定预测指标的应用

基于相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)的广域测量系统(wide area measurement system,WAMS)为在线电压稳定估计提供了新的思路和方法。采用π型支路模型,利用同步测量数据推导了可用于高压电网的支路在线电压稳定指标,从物理意义层面将该指标解释为虚拟有功裕度指标IVAM,并提出了一种改进的考虑某一断面IVAM变化趋势的实时电压稳定预测指标。IEEE14节点算例和某省实际电网算例验证了该指标的准确性。改进的电压稳定预测指标算法结构简单、准确度高,便于实现在线应用。     

基于支路视在功率灵敏度的故障后电压计算

提出了基于支路视在功率灵敏度的N-1网络电压快速计算方法。支路故障采用故障开断参数来模拟,首先通过牛顿潮流计算出故障前网络节点电压,然后利用已收敛潮流修正方程式对支路开断参数求导,从而计算出电压对相应支路开断参数的导数,进一步得到节点电压对故障支路故障前视在功率的导数,最后根据视在功率灵敏度修正故障前网络电压,得到故障后网络电压。方法特点是在计算不同支路故障的导数时共用潮流计算收敛时的雅可比矩阵,不用重新进行因子表分解。由于节点电压与支路功率之间的良好线性关系,所提方法计算精度较高。IEEE14节点、IEEE30节点、IEEE118节点网络和湖南实际系统的测试结果证明了该方法的正确性和实用价值。     

基于分区的含DG配电网实时无功优化

针对含DG配电网实时无功优化问题,提出了更适合该问题的目标函数,并将实时无功优化与配电网动态分区、短期无功调度相互配合来实现空间上和时间上的解耦。针对配电网动态分区问题,提出了支路切割枚举法,实现了快速动态分区。考虑系统区内无功储备不足等特殊情况,可能会导致系统电压在优化后仍有越限,为保证系统安全,启动第二次优化。通过对含DG的33节点配电系统算例和某实际线路进行验证,表明了该算法在求解实时无功优化问题时的正确性和有效性。     

电力系统临界电压崩溃潮流的柔性节点算法

针对电力系统电压崩溃问题,该文在负荷临界电压崩溃特性分析基础上,讨论功率型负荷的电力系统临界电压崩溃的潮流计算方法.提出利用交流电路临界电压崩溃的特性,规避崩溃支路,设置等值的柔性节点及柔性等式约束条件处理等措施,构成电力系统负荷临界电压崩溃的柔性节点潮流算法,为大型电力系统工作域的边界分析提供定量计算方法.IEEE5节点算例表明,所提算法是正确有效的.     

二维云模型在线优化永磁同步电机无传感器电压模型控制

提出一种基于二维云模型在线优化智能PID的永磁同步电机无传感器电压模型控制算法。在虚拟γ-δ旋转坐标系下利用实际电压值与理想电压值之差对电机转速误差进行实时校正,获取到相对准确的电机转速以及转子位置估计。同时,设计了一种具有参数动态实时自整定功能的智能PID对上述电压模型控制中的转速、电流进行实时调节。通过引入混沌粒子群算法离线优化控制参数,使整个控制系统处于优化状态,再利用二维云模型在线调节模块对其实时整定。实验结果表明,该控制算法能够准确估计出电机转速以及转子位置,对电机内部参数摄动以及外部负载扰动具有较强的鲁棒性。     

一种微网静态电压稳定判别指标研究

微网运行区别于高压互联电网,其微源与传输线路等特征决定了网络电压、频率等运行参量的独特性,微网静态电压稳定判别是评价微网稳定运行的关键指标。针对微网网架结构和运行特点,结合戴维南等值算法,提出一种适用于负荷连续变化的微网节点电压稳定性实时判别指标。该指标以同步相量测量方式为指标推导模型中的所需参数赋值。建立迭代修正量并计算获取运行参数与线路参数,以线路传输功率极限为边界,实时判别所构建的指标值,最终实现系统静态电压稳定性评价。该指标计算过程中在线识别网络参数,计算速度快,能够满足微网系统静态电压稳定性在线判别的需要。以3机9节点系统对指标正确性进行验证,并通过应用于13节点微网系统仿真,分析了微源的节点类型、位置、容量对微网静态电压稳定性的影响以及指标应用的合理性。     

A new power sensitivity method of ranking branch outagecontingencies for voltage collapse

The objective of this paper is to present a powerful procedure for identifying severe single branch outage contingencies with respect to saddle-mode bifurcation induced voltage collapse, given a power system operating point, a load demand forecast, and a generation dispatch. The new power sensitivity ranking algorithm for voltage collapse, called λ/MVA sensitivity, provides more accurate "distance to collapse" estimates than linear admittance sensitivity, yet requires only slightly more computation time. The distinguishing features are the ability (1) to rank all branches in a large-scale power system quickly, and (2) to estimate the outage contingency bifurcation values accurately. As an illustration, the new λ/MVA sensitivity ranking algorithm can estimate all 6689 single branch outage contingency bifurcation points (λ*_ctgc) of a 3493 bus power system within 3% relative error, except for two branches within 7%, in less than 4 min on a 180 MHz PentiumPro PC     

一类含CCCS网络形成节点阻抗矩阵的新算法

电流控制电流源(CCCS)存在不同支路电流之间的控制行为,给该类网络节点阻抗矩阵的形成带来困难.本文对含有CCCS的电力网络中节点注入电流、节点电压、支路电流与支路电压四类电气量之间的约束关系进行深入分析,分别定义了三个过渡矩阵:支路电流对节点注入电流矩阵MIJ、节点电压对支路电压矩阵MVU和节点电压对支路电流矩阵MVI,并给出了各自的求取过程.利用这三个矩阵的运算结果并结合kron法,推导了一种能很好地适于含CCCS的大规模电网形成节点阻抗矩阵的新算法.文中结合7节点系统给出了算法的主体流程,并通过大量的算例系统进行了验证分析,计算结果证明了所提算法的有效性.该方法为利用节点阻抗矩阵开展进一步研究工作提供了一个新的支持工具.     

基于动态时间弯曲距离的主动配电网馈线差动保护

基于馈线上不安装电压互感器、馈线终端(FTU)通信实时性较差和时间同步能力较弱的工程应用背景,提出一种主动配电网馈线差动保护方法。利用相电流突变量启动算法,触发馈线区段边界上各FTU相互交换1个工频周波的故障电流采样数据,再通过计算各FTU故障电流的动态时间弯曲(DTW)距离确定是否为区段内部故障。该保护在启动算法与抗同步误差能力强的DTW算法的配合下,不需要获取电压信息,不要求FTU间准确同步,对数据通信实时性要求不高,数据运算量小,对FTU硬件配置要求低,适用于分布式电源高度渗透的含多分支线路的主动配电网。仿真结果说明了所提方法的有效性。     

A new algorithm for power distribution system planning

In this paper, an attempt has been made to develop a new algorithm for distribution system planning. The proposed algorithm does not require prior knowledge of candidate substation location and can automatically select location of a substation, the optimal feeder configuration and the optimal sizes of branch conductors while satisfying constraints such as current capacity, voltage drop and heuristic rules. Several algorithms are proposed for distribution systems planning. A generalized algorithm is developed for obtaining the optimal feeder path and the optimal location of substation on minimum loss criterion. Heuristic rules are incorporated in the above algorithm. Another algorithm is for branch conductor optimizations. Modified load flow method is also presented in the paper, which can handle composite load models. The load flow algorithm is used for solving radial distribution networks (RDN) and branch conductor optimization algorithm. The load flow algorithm and branch conductor optimization techniques are used as subroutine in the generalized distribution systems planning algorithm. Through numerical example the validity of proposed method is verified.     

基于拉格朗日对偶松弛的多区域柔性直流互联电网无功优化

现有方法对互联后的电网进行无功优化时难以满足大规模电网实时计算、快速反应的需要,并且面临全网数据收集的难题。为了解决上述问题,采用分解协调算法的思想,提出一种基于拉格朗日对偶松弛的多区域柔性直流互联电网无功优化方法。首先根据支路潮流模型,利用二阶锥松弛和二次旋转锥松弛方法建立了多区域柔性直流互联电网的集中式无功优化模型。然后利用拉格朗日对偶松弛理论在集中式优化模型的基础上,提出了可以并行计算的多区域柔性直流互联电网无功优化方法。通过算例计算,验证了所提算法的有效性和正确性。此外,还对比分析了所述的分解协调算法和基于交替方向乘子法(ADMM)的分布式优化算法的计算结果,证明所用算法在计算时间上更具优势。     

基于粒子群优化算法的孤岛微电网电压不平衡补偿协调控制

微电网系统孤岛运行条件下,其系统电压完全由网内众微电网逆变器协调运行提供支撑,微电网逆变器控制性能将决定网内供电电压质量的优劣。考虑到微电网中大量单相负荷的存在,系统负荷实则通常表征为不平衡,容易引起系统电压的不平衡。针对这一问题,以同时兼顾微电网逆变器端口电压及公共连接点(PCC)电压不平衡度控制为目标,从分析电压不平衡机理入手,提出一种基于粒子群优化算法的负序电压补偿算法。补偿算法以逆变器端口电压和PCC电压不平衡度作为约束条件建立目标函数,同时考虑逆变器间的环流问题,在实现逆变器端口及PCC电压不平衡控制的同时减小逆变器间的环流。最后,分别基于MATLAB及某电力电子实时仿真平台搭建了系统仿真模型和半实物实时仿真模型,仿真及实验结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

含可再生分布式电源参与调控的配电网动态分区实时无功优化方法

可再生分布式电源高比例接入,其出力随机性叠加负荷波动性,极大地增加了配电网无功电压调控难度。结合风电、光伏等可再生分布式电源的动态无功调节特性,提出配电网动态分区实时无功优化方法。基于配电网辐射状结构特性,根据支路末端节点性质逆向初步合并,以最大模块度函数为衡量指标进行初始分区,并根据实时运行状态和无功储备约束调整分区,形成可满足动态无功调节的最佳分区方案,然后执行分区实时无功电压调控。最后,以IEEE33节点系统为例通过MATLAB编程进行仿真分析,结果表明:日内实时控制与动态分区相结合,有效提高系统无功电压控制快速性和精确性。     

An Overhead Line Voltage Monitoring System

This article discusses a design procedure for a real-time voltage monitoring system for an overhead line based on voltage sensors. The system has been developed in the framework of the idea of a digital railway. The procedure includes computation of installation intervals of voltage sensors in the intersubstation area and an algorithm for processing data received from the sensors. The real-time system makes it possible to monitor the state of traction energy system and to determine dislocation of trains and variables of their loads (current and voltage on a current collector). The obtained data can also be used for analysis of operation modes of traction energy system, for control of power equipment, and for selection of methods to improve it and reduce energy losses.     

基于PMU的支路电压稳定指标研究

基于PMU技术的电压稳定预警需要对功率传输通道的运行情况进行实时监测。已有的支路电压稳定指标忽略了无功的影响因素,且仅适用于负荷功率因数恒定的情况。文中提出了综合考虑支路有功与无功的新指标．该指标适用于任何负荷功率因数的情况,并对该指标进行了详细的推导。用IEEE14节点系统对该指标进行了测试．结果表明该指标能更好地反映支路的运行和电压稳定情况．     

A distribution system state estimator accommodating large number of ampere measurements

This paper presents a three-phase state estimation method for distribution network which can accommodate large number ampere measurements and voltage measurements. In this method, the power on sending end of branch and the square of branch current magnitude are chosen as the state variables. Therefore, measurement functions of ampere and voltage measurements are significantly simplified and no measurements transformation is needed in this method. Furthermore, a novel robust state estimation model is presented, which can suppress bad data automatically. The observability analysis indicates the proposed method can be used in distribution system with very limited measurements. Numerical tests on radial and weak-meshed network show the real-time branch current measurements can significantly improve the accuracy of estimation results.     

基于断开安全裕度状态空间截断的电力系统可靠性算法

在大型电力系统中,由支路断开触发的电力系统相继跳闸故障常会引起大停电的灾难性后果,因此必须进行紧急状态下的事件可靠性分析.通过分析支路断开对系统节点电压及线路负荷的影响,给出一种快速计算紧急状态下系统节点电压和线路负荷的方法,引入系统节点电压和线路负荷安全裕度指标,并提出基于断开安全裕度状态空间截断的电力系统可靠性算法.该算法利用安全裕度指标找出系统故障状态中的关键状态集合,通过对该集合进行系统行为分析来计算可靠性指标.算例表明该算法能有效截断系统状态空间,在一定精度下降低了可靠评估的计算复杂性.     

基于支路潮流可行解域的在线实时电压稳定性分析

提出一种用于实时在线电压稳定分析的综合评估方法。文中以电力网络中的单条支路为研究对象,给出支路潮流平衡点存在条件,分析支路有功功率和无功功率流向的异同对其自身潮流平衡能力的影响程度。通过分别列写线路有功功率、无功功率与其两端电压之间的关系方程式,建立支路潮流方程平衡点的可行域,并分析其边界条件,给出评估网络内各支路及整个系统的在线电压稳定性指标。算例分析表明,所建立的指标能全面客观地描述支路输送特定功率时潮流平衡能力的维持状况及对于临界运行条件的接近程度。指标定义物理概念清晰,计算量小,适合于电压稳定性在线监控的需求。     

基于节点注入功率的配电网运行拓扑辨识

配电网安全监控和数据采集系统(DSCADA)采集的遥信数据存在抖动和误动情况,导致基于遥信数据的配电网拓扑信息可靠性不高。通过微型同步相量量测单元(μPMU)多次采样的节点注入功率,构建基于节点注入功率量测的支路电压偏差的方差模型。采用Kruskal算法得到以支路电压偏差的方差为线路权重的最小生成树,实现对配电网拓扑运行结构的辨识。在此基础上,对比分析节点注入功率量测的采样次数以及网络复杂程度对拓扑辨识误差的影响。IEEE 33和IEEE 123节点系统仿真结果表明,该配电网运行拓扑辨识算法具有较好的可靠性和实用性。