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.     

基于非线性内点法的安全约束最优潮流(二)算法实现

提出一种考虑多预想事故的安全约束最优潮流内点算法实施方案.讨论了预想事故集中,起作用预想事故的监视与强制策略及不可行预想事故的辨识.根据简约KKT(Karush-Kuhn-Tucker)系统的带边列分块对角特殊结构,推导了内点安全约束最优潮流的一种分解协调实施算法.为保证预想事故扫描对安全约束最优潮流的支撑,提出了一种能量管理系统中安全约束最优潮流和静态安全分析模块间的衔接和交互方案.算法在IEEE 14节点等4个系统上,对全部非解列型开断事故进行了大量的计算,结果表明,算法有效、可靠.安全约束最优潮流解与经典最优潮流解在安全性和经济性上的比较则显示了将静态安全约束引入经典最优潮流的必要性.     

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。     

一种新的考虑多个预想事故暂态稳定约束的最优化潮流模型

提出了以整个系统总期望成本为目标函数的最优化潮流模型。期望成本中包括系统正常运行时的煤耗成本和故障发生后所需付出的紧急控制措施的代价。模型中计入了预想事故的发生概率,将多个预想事故分为两个集合。一个集合的预想事故作为强制约束进行最优潮流计算,得出正常运行时的成本;另一个集合中的预想事故采用基于动态安全域的最优紧急控制模型,求取最优紧急控制措施代价。然后将这两部分成本按照其发生概率计入目标函数。10机39节点算例表明,该模型所得结果较传统的考虑多个暂态稳定约束的最优化潮流模型总成本减少了12%。     

节点图和边图切换卷积驱动的快速静态安全分析方法

针对预想事故在线分析中,实时性要求和时域方程计算复杂性之间的矛盾,提出了一种基于图卷积神经网络的潮流计算模型,进而实现快速预想事故分析.该方法包含了一个基于节点图和边图切换卷积的快速潮流计算模型,能够实现多场景的新能源出力、负荷数据与支路潮流、节点电压之间的非线性关系的快速拟合.针对不同预想事故导致的网络结构变化设计了...     

计及静态安全风险的输电网短期综合扩展规划

为兼顾输电规划的经济性与可靠性,建立了计及静态安全风险的输电网短期有功和无功综合扩展规划的数学模型,模型中将线路与无功补偿设备投资的年值费用、年运行费用及年风险费用总和作为目标函数,计及了预想事故发生的概率和交流潮流约束。为了基于交流潮流模型进行静态安全风险评估,提出了一种基于有功静态安全域和电压灵敏度循环迭代的2阶段削负荷方法。首先确定最优校正性控制下的负荷削减量,进而用损失电量的社会产值来衡量风险费用。为应对模型求解计算上的复杂性,给出了一个2阶段寻优算法,该法不仅降低了原问题的求解难度,而且最终可获得若干数目的满意解,辅助规划人员决策。通过巴西南部46节点系统算例验证了模型的合理性和算法的有效性。     

交直流迭代法求解含网损节点边际电价

直流最优潮流计算节点边际电价的方法已经很成熟,但由于其对电力系统进行简化计算,因此,优化结果与实际运行情况不符。采用交流最优潮流计算节点边际电价,目前工程实用化并不广泛。为此,提出交直流迭代求解含网损节点边际电价。该方法采用直流最优潮流模型进行有功经济功率分配,采用交流模型计算精确潮流和网损。两者交互迭代,直到收敛后采用转置雅可比矩阵法计算网损微增率,结合直流最优潮流得到的节点边际电价计算含网损的节点边际电价。通过IEEE14节点和IEEE118节点算例验证了所提出的方法的可行性,并分析了参考节点对该方法的影响。算例计算结果表明该方法经济意义和物理含义明确。计算简单,适合工程应用。     

互联电网的直流最优潮流分解算法研究

研究了大系统互联电网的最优潮流优化策略,基于部分对偶理论分析了电网分区的分解协调模型,提出了一种基于直流最优潮流模型的互联电网多区域分解最优潮流并行求解算法,将一个大的电网互联系统分解成多个区域子问题,每个区域子问题是个典型的二次规划问题,使用直流最优潮流模型来求解互联电网的最优潮流分布,讨论了分区优化收敛条件。通过交换输出电价和边界节点相位角,完成区域间的信息交换。使用上述分解算法对IEEERTS-96算例的多个互联区域进行了分析,结果表明本文算法是一种有效的求解算法,适合大区电网互联后在线分布式动态OPF计算。在电力系统有极大的应用前景。     

考虑二重预想事故的在线电压稳定预防控制

提出了一种基于原对偶内点算法的安全约束最优潮流的数学模型,以控制代价最小化为目标,不仅考虑了正常状态下的安全约束,还同时考虑到了预想事故后的安全约束以及电压稳定裕度的约束。在线电压稳定评估系统中,同时考虑单重预想事故及其引发的继发性二重预想事故,分别进行筛选和排序,综合形成预想事故集。根据预想事故集,基于上述模型依次对其中每一预想事故进行预防控制,构建在线电压稳定预防控制模块,当系统处于不安全状态时,能够及时提供合理的预防控制策略,保证系统安全运行。以IEEE 118节点测试系统为算例,验证了所提出模型的正确性。     

基于线性化最优潮流的电网可用输电能力计算

可用输电能力(ATC)是评价互联电网运行安全稳定裕度的重要测度指标。针对交流最优潮流(OPF)模型计算ATC时在收敛性方面的不足,提出一种计及电压和网损的线性潮流方程,在此基础上构造用于ATC计算的OPF计算模型,并通过先估计网损、再求解优化问题的2步求解策略得到ATC的计算结果。IEEE 39节点系统的算例分析验证了所提方法的正确性和有效性。     

交流潮流凸松弛约束发输电联合扩展优化规划

电力系统交流潮流方程是非线性非凸的,直流潮流是交流潮流的有功近似,输电网扩展规划数学优化方法使用线性的直流潮流。考虑到电源规划对输电网影响,在输电网扩展规划中增加发电机组待选集,构建发输电联合扩展规划。为求解交流潮流约束的发输电联合扩展规划,分析了交流潮流支路功率方程,提出了一种新颖的支路功率方程凸松弛方法,并建立了最优潮流凸松弛模型。为加强松弛的紧性,提出了电压相角近似约束,建立了交流潮流凸松弛约束的发输电联合扩展优化规划模型,该模型是混合整数二阶锥规划。最后使用IEEE RTS 24节点和IEEE 118节点标准算例,调用数学优化引擎GUROBI,测试了以上模型,对比了直流潮流约束和交流潮流凸松弛约束的发输电联合扩展优化规划结果。算例验证说明了该方法的有效性和意义。     

静态安全约束下基于Benders分解算法的可用传输容量计算

在电力市场环境下，可用传输容量(ATC)是反映输电线路可用于交易的剩余容量的重要指标。文中以最优潮流为基础，采用Benders分解方法将考虑静态安全约束的ATC计算问题分解为一个基态主问题和一系列与各预想事故有关的子问题。主问题用来处理基态潮流和相应约束以及由子问题所返回的Benders割(cut)约束，而各子问题用来处理各预想事故和形成相应的静态安全约束。文章给出了相应的数学模型，并提出了两种改进的求解策略。4节点和IEEE30节点系统的计算结果表明了该方法和求解策略的有效性。     

电力系统无功最优潮流模型及其求解——基于改进粒子群优化算法的潮流优化

提出了一种基于改进粒子群优化算法的无功最优潮流模型及求解方法,灵活处理最优潮流问题的各种约束条件。通过对IEEE-30节点系统的仿真计算,并与遗传算法、基本粒子群优化算法计算结果进行比较,验证了本文提出的模型和方法的有效性。     

基于改进粒子群优化算法的电力系统有功最优潮流

提出了一种基于改进粒子群优化算法的有功最优潮流模型及求解方法,采用了自适应罚函数法处理最优潮流问题的各种约束条件。通过对IEEE-30节点系统的仿真计算,并且与遗传算法进行比较,验证了提出的模型和方法的有效性。     

基于图卷积网络的快速暂态安全评估方法

快速、可靠的电力系统动态安全评估能够显著提高电力系统运行方式优化调整的效率。针对电力系统暂态稳定预想事故扫描需要完成大量仿真、过于耗时的问题,提出了基于图卷积网络的快速动态安全分析方法。该方法基于电力系统的潮流特征和拓扑特征构建电力系统潮流特征图。利用图卷积方法对电力系统运行状态进行特征挖掘与特征学习,将动态安全评估问题建模为图上节点分类问题。所得模型在读取电网拓扑与潮流运行状态后,仅须完成一次前向计算即可同时给出预想事故集中多个预想事故的稳定性预测结果,无须依赖仿真波形或量测数据,实现快速暂态稳定预想事故扫描。IEEE39节点系统算例测试表明,算法设计正确、高效、准确率高,能够显著提高暂态稳定预想事故扫描的效率,实现快速动态安全评估。     

考虑柔性交流输电系统设备控制的校正型安全约束最优潮流

为提升安全约束最优潮流调度的经济性与安全性,提出一种基于直流潮流的考虑柔性交流输电系统(FACTS)设备控制的校正型安全约束最优潮流模型。在线路故障发生后,通过FACTS设备校正措施,将线路潮流控制在其容许范围内。由于所提模型为大规模的非凸、非线性优化问题,难以直接求解,因此先采用大M法,将原非线性优化模型转换为混合整数线性规化模型,并采用Benders分解算法将转换后的模型分解为基态最优潮流主问题与N-1故障校验子问题。通过固定整数变量的方法,将非凸的混合整数优化子问题转换为线性规划子问题,从而能向主问题返回对应的Benders割。6节点系统与IEEE RTS-79节点系统算例验证了所提模型与算法的有效性。结果表明,考虑FACTS设备校正控制的安全约束最优潮流能有效提升调度运行的经济性。     

分布式电源的配电网重构和电容器优化投切

综合考虑最优潮流、配电网重构和电容器优化投切,建立了计及分布式电源的配电网经济运行模型。鉴于模型的复杂性,采用结合最优潮流和改进蚁群算法的混合优化方法进行求解。该方法将最优潮流嵌入改进蚁群算法中,利用最优潮流求解考虑网络安全约束的分布式电源优化调度问题,利用改进蚁群算法优化配电网结构和电容器档位。为了提高蚁群算法的优化效率,建立含有局部搜索蚂蚁的混合蚁群,平衡蚁群算法的全局和局部搜索能力。通过对16节点和33节点的测试系统仿真,表明提出的模型和算法正确有效。     

电力市场中最优潮流模型及算法研究

对传统最优潮流模型做了改进,提出了基于模糊理论和多目标优化理论的最优潮流模型,综合考虑了网损量最小和有功、无功购电费用最低3个目标;将免疫克隆算法和变尺度混沌搜索方法有机地结合起来,形成了免疫克隆混沌优化算法,并应用于改进最优潮流模型的求解。用IEEE 14节点算例进行了仿真分析,结果表明改进最优潮流模型有效,采用免疫克隆混沌算法对改进最优潮流模型求解是可行和高效的。     

热启动环境下含统一潮流控制器的线性化最优潮流模型

统一潮流控制器能够快速、灵活地改变线路的电气量,从而改善电力系统的稳定性、可靠性和经济性,但是该装置的引入给电力系统潮流计算和优化调度分析增加了难度。直流最优潮流模型的提出,简化了大系统分析的复杂性,因其计算速度快而具有较好的实时性,但计算结果精度低,且缺失节点电压幅值和线路无功功率2个重要电气量。为此,建立了一种新型的线性化最优潮流模型,并提出了线性化的统一潮流控制器嵌入式稳态模型,然后在热启动环境下使用简化原-对偶内点法对含统一潮流控制器的线性化最优潮流模型进行求解。对江苏南京78节点等值系统的实际数据进行测试,结果表明所建模型保留了线性化模型的高效性,计算结果具有较高的精度,且能够求解出比直流最优潮流模型更加完备的潮流信息。