Unit commitment taking into account reactive power

In this paper, the Voltage Magnitude Constrained OPF (VMC‐OPF) algorithm to determine the reactive power injection from compensating equipment to load bus is developed. By introducing the proposed VMC‐OPF to the real power related Unit Commitment (UC) [1], a novel daily UC method taking into account the reactive power to secure bus voltage magnitude is presented. The Transmission Access Charge (TAC) and Ancillary Services Charge (ASC) are included in the objective function for considering costs of using transmission network and supplying reactive power to maintain the voltage. Using the proposed UC, the difference between two schedules based on benefit maximization and cost minimization is also discussed. To ascertain the effectiveness of the proposed UC method, we demonstrate various simulation results for a model power system of IEEE‐118 bus system. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 162(3): 17–26, 2008; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20590     

功率圆确定稳定约束的可用输电能力分析

提出一种考虑功角和电压稳定约束计算可用输电能力的新方法。针对功角和电压稳定约束表达复杂的问题,首先基于功率圆推导出线路传输有功功率极限值,分析表明,当电力系统发生功角失稳或电压失稳前,输电网络中至少有1条线路输送的有功功率达到其传输有功功率极限。因此,用线路传输有功功率极限近似简洁地表达这2种复杂约束的方法,建立考虑功角和电压稳定约束的可用输电能力新模型。运用逐点线性化方法实现问题求解。算例仿真与分析的结果表明该文的方法有效、可行。     

基于安全域的电力系统有功及无功优化

提出了一种同时计及电力系统有功及无功的新型优化潮流模型与算法。在构建优化潮流(OPF)的数学模型时借助了3种电力系统安全域的概念与方法,它们分别是:满足系统潮流约束(母线电压约束、支路热稳定极限以及发电机出力限制)的“静态安全域”、“静态电压稳定域”以及针对既定的网络结构和既定的网络结构变化过程的保证系统暂态稳定性的“动态安全域”。在此基础上,利用电力系统的有功功率与支路角之间、无功功率与节点电压幅值之间的仿射关系,建立了通过二次规划来求解优化潮流(OPF)的算法。文中最后在新英格兰10机39节点系统中演示了所提出算法的有效性。     

暂态稳定约束下的最优潮流

提出了暂态稳定约束下最优潮流的新方法.该方法将稳定约束的最优潮流问题分解为最优潮流和最优控制两个子问题.在最优控制迭代中,基于半无限规划的局部降阶思想,将表征暂态稳定指标的无限维不等式约束转化成分别由功角和电压积分形式表示的二维不等式约束,并通过求解系统状态轨迹以及轨迹灵敏度方程来获得二维不等式约束对各控制变量的梯度,以此作为最优控制方向来更新各控制变量.通过新英格兰10机39节点系统上的测试算例验证了所提方法的有效性和合理性.     

基于最优潮流的含VSC-HVDC交直流系统最大输电能力计算

已有的交直流系统最大输电能力计算模型无法直接应用于含电压源换流器型高压直流(VSC-HVDC)的交直流系统的最大输电能力计算问题。文中提出了一种基于最优潮流的最大输电能力计算方法,通过将最优潮流模型拓展到系统的多种运行状态,从而能够准确反映N-1安全约束及N-1故障后VSC-HVDC的控制约束。为解决因考虑N-1安全约束导致的模型求解规模过大的问题,针对含VSC-HVDC的交直流系统的特点,进一步提出一种同时考虑故障对静态电压稳定性及支路传输容量越限影响的N-1故障筛选方法。为保证解的性能,在优化软件AMPL中调用COUENNE求解器对以上模型进行求解,能够同时给出最大输电能力和相应的VSCHVDC控制方式及参数整定值。通过修改的4节点系统、IEEE 118节点系统及辽宁省鞍山电网,验证了所提方法的有效性。     

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。     

省地协调自动电压控制(AVC)实现方法的研究

对省地协调电压控制的实现方法进行了研究,基于对控制灵敏度问题求解讨论,提出了省地协调的最优潮流(OPF)模型及实现算法、协调二级电压控制(CSVC)模型与实现算法。该算法在综合考虑协调控制时约束条件之间关系的基础上给出了协调控制的设定值。给出了协调控制模式下部分中枢母线电压的计算结果及网损分析结论,结论表明电压协调控制模式有效提高了电网的经济效益和安全性。     

基于树木生长算法的含UPFC的最优潮流计算

最优潮流(OPF)计算是一个非凸优化问题,统一潮流控制器(UPFC)的引入增加了OPF问题的非凸程度,使得基于内点法的传统优化算法难以获取全局最优解。文中提出基于树木生长算法(TGA)的计及UPFC的最优潮流计算方法,将发电成本与有功网损、电压偏移加权作为目标函数,并考虑网络与UPFC设备的安全运行约束,优化了OPF模型。最后基于IEEE 30节点系统以及南京西环网116节点实际系统进行算例测试,对比TGA、粒子群与内点法的结果,并使用蒙特卡洛方法对不同的启发式算法分别进行50次计算,验证了TGA具有更好的求解精度与鲁棒性。     

A study of a unit commitment problem with transmission constraints

Unit commitment problem is an optimization problem to determine the start‐up and shut‐down schedule of thermal units while satisfying various constraints, for example, generation‐demand balance, unit minimum up/down time, system reserve, and so on. Since this problem involves a large number of 0–1 type variables that represent up/down status of the unit and continuous variables expressing generation output, it is a difficult combinatorial optimization problem to solve. The study at present concerns the method for requiring the suboptimum solution efficiently. Unit commitment method widely used solves the problem without consideration of voltage, reactive power, and transmission constraints. In this paper, we will propose a solution of unit commitment with voltage and transmission constraints, based on the unit decommitment procedure (UDP) method, heuristic method, and optimal power flow (OPF). In this method, initial unit status will be determined from random numbers and the feasibility will be checked for minimum start‐up/shut‐down time and demand‐generation balance. If the solution is infeasible, the initial solution will be regenerated until a feasible solution can be found. Next, OPF is applied for each time period with the temporary unit status. Then, the units that have less contribution to the cost are detected and will be shut down based on the unit decommitment rules. This process will be repeated until suboptimal solution is obtained. The proposed method has been applied to the IEEE 118‐bus test system with 36 generating units with successful result. © 2003 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 144(3): 36–45, 2003; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10187     

计及电压稳定的最优潮流综述

系统安全运行和经济控制是电力运行中较难协调的问题。在最优潮流的基础上结合电压稳定分析,综合考虑安全运行和经济控制可获取合理的效果。该文综述了国内外研究人员对计及电压稳定的最优潮流的研究状况。首先阐述电压稳定指标和最优潮流等基本概念,研究了计及电压稳定的最优潮流建模问题,总结并提出了两种模型：约束型优化模型和多目标优化模型;其次介绍和分析了模型所采用的常见成熟算法及其应用策略,指出了各种算法的优点和缺陷;最后提出了该方面研究的几个需要深入解决的关键问题。     

Security constrained optimal power flow considering detailed generator model by a new robust differential evolution algorithm

This paper presents a new multiobjective model, including two objective functions of generation cost and voltage stability margin, for optimal power flow (OPF) problem. Moreover, the proposed OPF formulation contains a detailed generator model including active/reactive power generation limits, valve loading effects, multiple fuel options and prohibited operating zones of units. Furthermore, security constraints, including bus voltage limits and branch flow limits in both steady state and post-contingency state of credible contingencies, are also taken into account in the proposed formulation. To solve this OPF problem a novel robust differential evolution algorithm (RDEA) owning a new recombination operator is presented. The proposed RDEA has a minimum number of adjustable parameters. Besides, a new constraint handling method is also presented, which enhances the efficiency of the RDEA to search the solution space. To show the efficiency and advantages of the proposed solution method, it is applied to several test systems having complex solution spaces and compared with several of the most recently published approaches.     

基于L指标的电压稳定约束下的最优潮流

为追求更大的经济利益,电力系统的运行日益接近其稳定临界,增加了系统出现电压失稳的可能性,故在传统的最优潮流中考虑电压稳定约束十分必要。本文利用电压稳定￡指标,建立了包含电压稳定约束的四种最优潮流模型（VSCOPF）：最大化稳定裕度模型、固定稳定裕度模型、线性组合模型和混合模型。通过多个测试系统对上述模型进行了分析和计算,基于计算结果对各个模型解的存在性、能否科学地兼顾电压稳定性和经济性等问题进行了较为详细的讨论。该项工作对于寻求更为科学实用的、能够合理计及电压稳定约束的最优潮流模型,具有一定的帮助。     

A method for parametrized contingency‐constrained optimal power flow (PCCOPF)

This paper presents a method for Parametrized Contingency Constrained Optimal Power Flow (PCCOPF) whose formulation can discriminate unpreventable contingencies, determine the existence of feasible solutions for postcontingencies, and analyze the feasible solution for the contingencies in terms of static sense. The proposed formulation is based on parametrized contingency constraints in which each contingency parameter represents the achievement ratio of each selected contingency. In the formulation, not only parametrized contingency constraints are given by a set of equality constraints which is modified power flow equations, but also the objective is maximization of the sum of the achievement ratios of selected contingencies. Since contingency parameters are treated as decision variables in the proposed method, the information on unsolvability with respect to each contingency can be efficiently obtained. The feasibility and effectiveness of the proposed method are demonstrated on test problems with 4‐bus and 71‐bus systems. © 2003 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 144(1): 21–31, 2003; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10182     

Voltage Control Using PV Power Factor,Static Capacitor,and Transformer Tap for Large PV Penetration

The Japanese government has set 53 GW as the target level of PV deployment by 2030. However, the large‐scale introduction of PV will cause several problems in power systems. One of these problems is the increase in voltage due to decreased load demands associated with large PV active power output. Another problem is voltage variations caused by fluctuations in PV system output. In this paper, we focus our attention on the voltage and reactive power control for large‐scale PV deployment and propose voltage control using the PF (PV power factor), SC (static capacitor), and TAP (transformer tap). In the proposed method, the SC and TAP controls consider voltage stability through the use of VMPI‐i and VMPI‐i sensitivity, and the PF control suppresses voltage variation and voltage spikes. Finally, we simulate these controls using the Ward–Hale system to verify the validity of the proposed method.     

含暂态能量裕度约束多故障最优潮流计算

借助暂态能量裕度对发电机有功和无功出力的解析灵敏度，将暂态能量裕度约束直接加入最优潮流模型中，建立含暂态能量裕度约束多故障最优潮流逐次线性规划模型，采用单纯形法求解，取得了较好的效果。此外，还提出了根据大步长单故障最优潮流近似计算获得的暂态能量裕度进行故障扫描方法，并寻找到同一失稳模式下影响系统稳定的关键故障，验证了满足关键故障稳定性要求的最优潮流解可以同时满足同失稳模式下的其它故障的稳定约束。新英格兰10机39节点系统的最优潮流及暂态稳定计算验证了所提方法的有效性。所有优化结果均用一个在电力系统中广泛使用的暂态稳定仿真程序进行了验证。     

一种新的水火电力系统优化潮流模型

提出了一种新的水火电力系统的优化潮流模型,该模型以最小化燃料费用和污染排放量为目标。模型中的约束条件考虑了网损和系统稳定性2个方面,其中网损用发电量和发电量转移分配系数表示,系统的暂态稳定性和静态电压稳定性分别用动态安全域和静态电压稳定域的方式表示。该文还就目标函数中考虑燃料费用和污染排放比例关系进行了研究。优化模型的雅克比矩阵由网损和各节点发电量之间的灵敏度因子以及动态安全域和静态电压安全域的系数构成。该模型的求解使用牛顿-拉夫逊迭代法实现,并采用一种新的初值设定方法以提高计算的收敛特性。通过2个标准系统算例验证了该模型的有效性。     

电力系统优化运行的电压安全成本研究

利用模糊建模方法处理可松弛约束的能力,提出一种估计电力系统电压安全成本的新方法。该方法可在一定程度上解决确定最小电压安全裕度指标的困难,通过最小电压安全裕度模糊参数,实现对该指标的松弛处理。在此基础上,建立了计及最小电压安全裕度指标的最优潮流模糊模型。采用预测-校正原对偶内点法求解该优化模型。通过对IEEE标准测试系统的仿真结果分析表明,该方法不仅可以实现系统总发电成本的最小化,同时还可以维持尽可能高的电压安全裕度,而且在系统运行低于规定的最小电压安全裕度时,通过电压安全成本的大小反应了维持系统电压安全所必须付出的经济代价。     

多预想事故静态电压稳定预防控制阻塞管理方法

首先建立了考虑多预想事故静态电压稳定约束的阻塞管理模型。对实际系统而言,该模型是一个含大量预想故障电压稳定约束的最优潮流问题。针对该问题采用Benders分解算法进行分解,并提出了一种结合连续潮流方法的串行求解策略。以阻塞费用最小为目标函数,并以系统正常状态的运行约束构造主问题;以节点不平衡功率最小为目标函数,并以故障状态静态电压稳定约束构造子问题。迭代过程中应用连续潮流法对预想故障进行扫描,选择一个最严重故障构造子问题,因此每轮迭代只需求解一个子问题,向主问题返回一个Benders割,提高了Benders分解算法的求解效率。该方法可用于大规模系统求解含多预想故障电压稳定约束的阻塞管理问题。改进IEEE30节点系统的仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于局部电压稳定指标的电压/无功分区调节方法

提出一种局部电压稳定指标和动态经济压差法相结合的电压/无功分区调节新方法.首先利用局部电压稳定指标对系统负荷节点的电压稳定度进行排序;接着针对排完序的负荷节点划分电压/无功调节区,推导并采用局部电压稳定指标灵敏度计算调节区内各负荷节点间电压相互影响程度,根据节点间电压相互影响程度辨识区域内的电压/无功调节关键节点和非关键节点;然后借助动态经济压差法计算电压/无功调节关键节点无功补偿量;最后将所提方法应用于IEEE-14系统中,算例仿真结果验证了文中所提方法的可行性和有效性     

潮流不可解评估方法的比较

电力系统在线电压稳定监视与控制中,故障态潮流发散的情况经常出现。识别其是否确实为失稳故障、准确评估其不可解程度及其提供校正控制用的灵敏度信息是对不可解潮流解算技术的3个基本要求。最优乘子牛顿法、基于直接求解KKT条件的最优潮流法和新近提出的故障型连续潮流法是3个可以处理潮流不可解的技术。前两者提供了在功率注入空间某种距离最近的临界点,而故障型连续潮流法提供了故障参数空间最近的临界点。文中应用这3种方法对IEEE 118节点标准系统进行了计算,从识别的可靠性、不可解程度评估的准确性和灵敏度信息的合理性等方面对它们进行分析和比较,结果表明所得到的不可解程度评估和排序结果存在差异,都包含了控制灵敏度信息。