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.     

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。     

考虑直流输电的电力系统无功备用优化

目前无功备用研究较少涉及包含直流输电线路的电力系统。提出一种针对交直流混联系统的电力系统无功备用优化模型。基于交直流混联潮流方程,该模型首先利用发电机端电压及无功功率控制灵敏度定义直流输电系统的有效无功备用。以此为目标,在考虑各种系统约束的情况下建立考虑交直流混联的电力系统无功备用优化模型。针对无功备用优化模型耦合两个运行状态而难以准确求解的缺陷,提出一种解耦方法进行求解。对改进IEEE 39节点系统的算例分析结果表明,所提无功备用定义可有效衡量系统的无功电压水平,而所提模型可以有效提高含直流输电线路电力系统的无功备用和电压稳定裕度,保障电力系统的安全稳定性。     

矢量化动态最优潮流计算的步长控制内点法实现

实现动态最优潮流(dynamic optimal power flow,DOPF)的矢量化计算。通过将同类型、同时段的优化变量集中排列,建立动态最优潮流的矢量化模型,并采用步长控制内点法进行求解。各时段的梯度矩阵和海森矩阵具有与导纳矩阵相关的稀疏特性,在计算过程中保持不变。通过设计稀疏矩阵结构和内存分配策略提高Karush-Kuhn-Tucker (KKT)系统的形成速度。分析爬坡约束和购电量合同约束对求解KKT系统的影响,对比测试多个优化排序算法,指出近似最小度(approximate minimum degree,AMD)和列近似最小度(column approximate minimum degree,COLAMD)算法求解该模型KKT系统具有很高的效率。对节点数从14到1 040共5个测试系统12~96时段的DOPF模型进行仿真计算,验证所提算法的正确性和高效性。基于步长控制内点法的矢量化方法提高了DOPF程序的计算速度和收敛性。     

考虑风电接入后二次备用需求的优化潮流算法

随着大量的风电场接入电网,风电对电力系统运行备用的影响成为一个关键问题。文中讨 论了考虑风电接入后电力系统备用需求的解决方法,采用概率方法来估计由风电接入导致的系统 备用需求,并在路径跟踪内点算法的基础上提出了一种考虑风电接入后二次备用需求的优化潮流 算法。通过对IEEE 39节点测试系统的算例进行分析,表明所提出的优化潮流算法可以有效解决 风电接入对系统备用需求带来的影响,具有较大的实用价值。     

The decomposition and computation method for distributed optimal power flow based on message passing interface (MPI)

This paper investigates the decomposition and computation method for the distributed optimal power flow (DOPF) based on message passing interface (MPI) framework in large-scale interconnected power grids. Firstly, a DC-DOPF model and an AC-DOPF model are introduced respectively. Next, a new equivalent decomposition model to be used to solve DC-DOPF and AC-DOPF is proposed. It decomposes the OPF computation of large power grid into the sub-problems of interconnected multiple regions. Then, two different decomposition methods, i.e., partial duality and auxiliary problem principle (APP), are used to solve interconnected DC-DOPF and AC-DOPF, respectively. DC-DOPF and AC-DOPF are modeled as multiple base-cases OPF to get the runtime status in real time. Finally, several experiments are implemented based on multiple interconnected IEEE RTS-96 regions and IEEE 118 test regions. The computational results illustrate that the proposed decomposition and computation methods for DOPF based on MPI are applicable and effective, and it can be as a useful computation method for interconnected power system.     

基于离散傅里叶变换矩阵的概率最优潮流计算方法

随着大规模可再生能源并网,不确定性源增多,现代电力系统规模扩大,导致其电力系统概率最优潮流计算更加耗时。其中,网络规模变大将导致单次确定性最优潮流的求解变得更为复杂,而另一方面不确定源变多的潜在后果是必须增加确定性最优潮流的求解次数才能保证输出结果的精确性。针对上述问题,引入离散傅里叶变换法(Discrete Fourier transformation matrix,DFTM)对概率最优潮流进行分析与计算,并对其样本点的选取策略进行了深入分析。DFTM法采点数量灵活,同时可以精确地处理具有相关性的随机变量,能够较好地兼顾目前概率最优潮流计算中的精度与速度问题。最后基于改进的IEEE 118节点算例,以传统蒙特卡洛模拟法的结果作为参考,验证了DFTM法在非对称分布变量所占比例不同场景下的概率最优潮流计算精度与速度优势。并通过与无迹变换法进行对比,进一步展现了DFTM法的优越性能。     

基于动态分区的配电网日前优化调度研究

为了提高对分布式可再生能源的就地消纳能力,实现配电网分层分区调度,提出了基于MOEA/D的多目标蚁群动态分区算法和基于动态分区的配电网日前优化调度模型。利用潮流追踪算法与复杂网络理论中的二分模块度,提出了量化分区间能量耦合程度的能量二分模块度指标。基于电力系统潮流方程雅克比矩阵推导蚁群算法中的启发式信息,结合预测场景集以分区的能量二分模块度与功率储备为目标函数,利用多目标蚁群算法生成动态分区方案。建立以联络线功率、灵活性不足率以及成本最低为目标的基于动态分区日前优化调度模型,并利用NSGA-II算法求解Pareto最优解集。最后基于IEEE33节点网络对所提模型与方法进行验证。结果表明,采用该方法进行动态分区与日前调度可有效提高系统应对可再生能源不确定性的能力,为就地平抑可再生能源波动奠定基础。     

双侧开放市场中能量与备用容量的联合优化

为缓解系统中有限装机容量与一定的备用容量要求之间的矛盾,根据电力用户可以采取积极措施主动进行负荷管理而为系统提供备用容量的思想,提出一种基于最优潮流的能量和备用容量市场联合优化模型;研究在双侧开放的电力市场环境中,用户主动参与备用容量服务对市场运营效益的影响。IEEE 30节点系统算例表明,用户进入旋转备用容量市场,成为系统备用容量的新供应者,可使全系统的运营效益有较大提高,减少了系统备用容量购买支出,降低了各节点上的电价水平和系统备用价格。     

考虑提高系统无功备用容量的无功优化调度

充裕的无功备用容量是保证系统电压稳定的一个重要因素,因此在日常无功优化调度过程中考虑提高系统的无功备用容量是防止电压失稳的重要手段之一。文章在分析发电机备用容量数学模型的基础上,定义了基于电压稳定的系统无功备用容量的计算公式,提出了考虑增大无功备用容量、减少网络损耗以及减小电压偏移的多目标无功优化调度算法。并将该算法应用于IEEE 30节点系统,证明了所定义的基于电压稳定的系统无功备用容量计算公式的正确性及提高备用容量的无功优化调度算法的可行性。     

灵活运行方式下碳捕集电厂提供备用服务的决策模型

碳捕集电厂可以通过降低碳捕集水平,将原本用于捕集CO2的能量快速、实时地释放出来以提供备用服务。文中对具有灵活运行能力的碳捕集机组,建立了已知能量市场和容量市场中标量后,以在备用市场、能量市场及碳排放市场等多个市场的综合效益最大为目标的碳捕集水平优化决策模型。模型计及了备用被调用的随机性并采用详细的机组成本模型,可以确定碳捕集机组在备用被调用与备用不被调用两种情况下的最优碳捕集水平和所需预留的备用容量。通过实际算例验证了优化的效果,并分析了碳价、机组特性、能量市场中标量及备用市场中标量等对碳捕集策略及备用服务策略的影响。     

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。     

虚拟电厂下计及分布式风电与储能系统的电力系统优化调度

清洁的可再生能源在电力系统中的渗透率不断提升。随着智能电网技术的发展,越来越多的分布式可再生能源接入电力系统运行。风电是最具商业潜力及发展前景的可再生能源之一。该文提出将分布式风电机组与储能设备构成虚拟电厂(virtual power plant,VPP)参与电力系统运行,并建立了计及虚拟电厂的电力系统优化调度模型。模型中同时考虑了功率及备用容量的优化调度,并利用条件风险价值(conditional value at risk,CVaR)对系统运行成本进行风险管理。无须对电网的结构进行改变,虚拟电厂更适用于地理聚集程度较低的可再生分布式能源的调度和管理。同时,相较于常规的风电-储能联合运行模式,基于虚拟电厂的分布式可再生能源调度在降低系统风险的同时也提高了系统运行的经济性。     

计及备用风险性的新型电力系统源网协同安全经济调度

为合理利用源侧备用资源,提出基于随机潮流和半不变量法的备用风险评估指标,以准确量化因备用不足而造成的潮流越限风险;为了实现源侧备用资源和网侧可控资源的协同优化,将网侧有载调压变压器和电容器组无功补偿装置纳入决策变量,以系统运行成本最低和系统运行越限风险指标值最小为优化目标,构建计及备用风险性的新型电力系统源网协同安全经济调度模型;将布朗运动和莱维飞行随机游走机制融入多目标微分进化算法,设计新型的布朗-莱维多目标微分进化算法,对模型进行高效求解。算例分析结果验证了所提方法的有效性和优越性。     

基于支路势能信息的电网脆弱性评估

随着电网互联进程的推进,电网支路运行经常逼近输电能力极限,导致电网脆弱性问题越来越突出。文中从能量函数的观点出发,构建了支路势能函数模型,在此基础上提出了支路脆弱性评估指标,以此计算各支路当前输送值偏离初始值的距离,确定系统的脆弱区。在IEEE30母线系统中通过多种系统事件下的仿真结果及与最优潮流计算结果的对比,证明了该方法在评估电力系统脆弱性时的有效性和可行性,可望用于系统的在线安全监测。     

含高渗透率风电的电力系统备用影响及配置研究

系统备用的确定是目前新能源发电优先调度及常规机组发电计划制定中的关键因素。传统的备用配置原则未考虑新能源发电的影响,无法满足系统运行可靠性要求,而当下较为保守的配置方法又过于粗略,挤压了新能源发电的消纳空间。通过分析大规模高渗透率风电接入对系统备用的影响,同时兼顾系统安全经济运行和新能源发电优先调度、充分消纳的双重要求,提出一种考虑风电功率预测及中国电网调度运行实际的系统调节备用、旋转备用影响分析及确定方法,并通过某省级电网实际运行数据验证了其有效性。     

Optimal reactive power control of DGs for voltage regulation of MV distribution systems using sensitivity analysis method and PSO algorithm

This paper addresses the problem of reactive power control of distributed generation (DG) units in the medium voltage (MV) distribution systems to maintain the system voltages within the predefined limits. An efficient approach for the load flow calculation is used here which is based on the topological structure of the network. It has been formulated for the radial distribution systems. A direct voltage sensitivity analysis method is developed in this paper which is also based on the topological structure of the network and independent of the network operating points. Thus, the sensitivity matrix is calculated once with the load flow program and it is used in all the system working conditions. The problem of DGs reactive power control is formulated as an optimization problem which uses the sensitivity analysis for linearizing the system around its operating points. The objective of the optimization problem is to return the system voltages inside the permitted range by using the reactive power of DGs in an optimal way. The optimal solutions are obtained by implementing particle swarm optimization (PSO) algorithm. Then, the results are verified by running a load flow considering new values of DGs reactive power. The procedure is repeated as long as a voltage violation is observed. Simulation results reveal that the proposed algorithm is capable of keeping the system voltages within the permitted limits.     

节点风电全边际运行价值研究

风电价值量化对于风电发展至关重要.提出节点风电边际价值的概念;考虑风电对能耗、排放、备用、线路潮流及系统网损的影响,提出一种更为全面的风电边际价值评估方法,包括风电能耗价值、环境价值、备用价值、网络传输价值和网损价值5个部分;以系统运行成本最小为目标,建立改进的经济调度优化模型;对模型进行线性化处理,并利用拉格朗日函数计算得到风电全边际运行价值.算例分析并网位置、风电出力和负荷水平等因素对风电价值的影响,结果验证了所提方法的有效性.     

DETERMINING MAXIMUM REGULATING CAPABILITY OF UPFC BASED ON PREDICTING FEASIBILITY LIMIT OF POWER SYSTEMS

ABSTRACT

This paper presents a novel procedure to determine the maximum regulating capability of a unified power flow controller (UPFC) by using optimal multiplier power flow. The capabilities of flexible ac transmission systems (FACTS) equipment are not only constrained by their thermal limits and the steady-state security limits, but also limited by their feasibility limits. After the detailed analyses have been made on the use of optimal multiplier u as a new predictor to estimate the boundary point of the feasibility region, an algorithm for deteiTnirung the UPFC regulating capability is proposed. The approach is then compared with minimum singular value decomposition on the IEEE 30 bus system. The results clearly demonstrate the effectiveness of the proposed approach.