Optimized Restoration of Unbalanced Distribution Systems

A novel formulation for service restoration algorithm for unbalanced three phase distribution systems is described. This problem is a constrained multiobjective optimization formulated as a mixed integer non-linear programming problem. A comparison of the solutions with and without switch pairs has been made. The formulation was first validated using already developed three-phase unbalanced power flow software. The three-phase unbalanced power flow equations were embedded in the formulation, and hence separate calculations were not needed. Simulation results are presented for modified IEEE 13-node and IEEE 37-node test cases     

Development of Three-Phase Unbalanced Power Flow Using PV and PQ Models for Distributed Generation and Study of the Impact of DG Models

With the increased installations of distributed generators (DGs) within power systems, load flow analysis of distribution systems needs special models and algorithms to handle multiple sources. In this paper, the development of an unbalanced three-phase load flow algorithm that can handle multiple sources is described. This software is capable of switching the DG mode of operation from constant voltage to constant power factor. The algorithm to achieve this in the presence of multiple DGs is proposed. Shipboard power systems (SPS) have other special characteristics apart from multiple sources, which make the load flow difficult to converge. The developed software is verified for a distribution system without DG using the Radial Distribution Analysis Package (RDAP). The developed software analyzes an IEEE test case and an icebreaker ship system. System studies for the IEEE 37-node feeder without the regulator show the effect of different models and varying DG penetration related to the increase in loading. System losses and voltage deviations are compared.     

基于电压幅值对数变换的配电网三相不平衡线性潮流计算

线性潮流计算方法可为主动配电网分析与运行调控提供更好的鲁棒性与更高的效率.提出一种新的三相不平衡线性潮流计算方法.在极坐标下将三相潮流方程的电压幅值进行对数变换,然后根据三相配电网实际特点进行合理的线性近似.所提方法可以无须迭代直接计算配电网辐射状、弱环状和含PV节点3种情况的三相不平衡潮流.通过IEEE33三相不平衡...     

适应三相不平衡主动配电网无功优化的二阶锥松弛模型

三相不平衡主动配电网无功优化的非凸非线性给全局优化求解带来一定挑战.传统方法采用二阶锥松弛方法来凸化原始非凸优化模型,从而实现全局最优解的有效搜索.然而,传统所提方法忽略了三相配电网相间耦合关系,从而导致三相不平衡场景下与全局最优解之间存在误差.为此,文中提出适应三相不平衡主动配电网无功优化的二阶锥松弛模型,通过将原始优化模型映射到高维空间,松弛秩约束,并采用Sylvester准则形成相间二阶锥约束.最后,通过IEEE 33节点、IEEE 123节点和906节点算例仿真分析验证了所提方法的有效性.     

光伏不平衡接入的配电系统中电动汽车有序充电策略

摘 要：电动汽车和分布式光伏电源的广泛接入可能会加剧配电系统的负荷峰谷差和三相不平衡问题。在此背景下, 探讨以优化负荷轮廓和减小配电系统三相不平衡为目标的电动汽车有序充电策略。首先, 根据汽车出行特性和电池充电过程, 对充电负荷进行建模。之后, 在配电系统三相模型基础上,通过控制电动汽车充电接入相、充电功率和充电时间, 建立以优化负荷轮廓和减小三相不平衡为目标的电动汽车有序充电优化模型, 并采用自适应遗传算法求解。最后, 以修改的IEEE 33节点测试系统为例对所提方法进行仿真计算,结果表明：采用所提方法,电动汽车充电负荷可避开系统负荷高峰并起到“填谷”作用, 并有效缓解了分布式光伏发电引起的三相功率不平衡问题。     

基于连续潮流的配电网供电能力评估

随着非全相运行的分布式电源大量接入配电网,配电网固有的三相不平衡特征更加突出,传统配电网供电能力评估因忽略配电网三相不平衡特征导致结果不准确。为了准确分析三相不平衡特征对配电网最大供电能力评估的影响,建立了以配电网供电负荷参数最大为目标函数,考虑了支路热约束和节点电压等状态变量和分布式电源的有功和无功功率等控制变量的含分布式电源三相不平衡配电网供电能力评估模型。选择电压跌落情况最严重的相作为连续参数,确保预测-校正过程的的连续潮流法求解的结果更加精确。最后,采用拓展的IEEE33节点配电系统进行仿真验证,表明文中所提的模型和求解方法是有效的。     

基于智能软开关的三相不平衡配电网动态重构策略

针对单相分布式电源（DG）的接入会加剧配电网不平衡程度、增大网络损耗,且在严重不平衡时影响系统安全运行的问题,提出计及智能软开关（SOP）的三相不平衡配电网动态重构策略。首先,构建考虑SOP和DG电流不平衡度约束的三相不平衡配电网动态重构模型;然后,针对模型的非凸性将原模型转化为混合整数线性规划模型;最后,对改进的IEEE34节点配电网和某地78节点实际配电网进行算例分析,结果表明所提模型和策略可在保证配电网的安全运行的同时提升配电网的经济效益。     

三相不平衡配电网不确定性分布式电源运行域仿射求解算法

高不确定性分布式电源(DG)的大量并网,给配电网安全、可靠运行带来了极大挑战。DG运行域可为DG的接入位置提供参考依据,并可实时监控配电网的运行安全,实现预警和预防性控制。提出了一种三相不平衡配电网中不确定性DG运行域的仿射求解算法。利用基于仿射算术的潮流计算求取节点电压关于DG出力不确定变量的近似线性表达式,综合考虑馈线容量、反向潮流以及电压表达式的安全范围等约束条件,构建三相不平衡配电网的DG运行域的优化求解模型,继而求取配电网中各DG的运行域边界。通过对改进的IEEE 123三相不平衡系统进行仿真,并与近似精确的仿真逼近法进行对比,验证了所提求解算法的准确性及高效性。     

多端直流架构的交直流混合配电网三相不平衡潮流计算

在配电网向交直流混合供电的方向发展的新形势下,提出一种能够计及交流三相不平衡的交直流配电网潮流计算方法。首先建立了电压源型换流器的三相稳态潮流模型,推导了换流器的三相潮流以及直流配电网潮流计算方程,并对不平衡系统进行了补偿。考虑了不同的控制方式及适用于配电网的多端直流控制策略,在此基础上,提出了适合配电网的三相不平衡交直流交替迭代潮流计算方法,该方法采用了模块化思想,不需要全局迭代,可以从交、直流侧任意方向开始潮流计算,自动修正越限变量并调用控制策略,实现了交直流潮流计算的解耦。最后,对修改的IEEE 37节点配电系统进行仿真计算,仿真结果证明了算法的有效性、快速性和准确性。     

基于数据潮流模型的高比例光伏配电网三相不平衡优化

随着分布式光伏的大规模接入,配电网固有的三相不平衡问题日益严重,给系统的电能质量、经济运行等带来不利影响。此外,高比例光伏的接入使得配电网的物理结构和运行方式更加复杂多变,导致当前依赖精确拓扑结构和线路参数的三相不平衡优化方法难以应用。因此,提出一种基于数据潮流模型的高比例光伏配电网三相不平衡优化方法。首先,采用基于双阶段注意力机制的循环神经网络方法建立数据潮流模型,拟合三相潮流约束中变量之间的函数关系。同时,提出图特征嵌入的方法将部分已知的拓扑信息嵌入到数据潮流模型中以提高拟合精度。其次,以训练后的数据潮流模型为基础重建配电网三相不平衡优化模型。最后,通过条件梯度下降方法求解该模型,以修改的IEEE33节点配电网络为例,验证了所提方法的有效性。     

提升分布式电源接纳能力的配电网三相鲁棒动态重构

不可控分布式电源(UDG)给主动配电网带来了显著的功率波动和不确定性。为消纳更多的UDG,主动配电网的拓扑结构应随系统的运行工况动态灵活配置。此外,由于配电系统的负荷通常是三相不平衡的,实际应用中也需要计及网络三相不平衡的重构模型。对此,基于自适应二阶段鲁棒优化方法,提出了一种三相不平衡配电网的动态重构方法。其中,第一阶段为在考虑的整个重构超前时段内优化网络的拓扑,以减少日常的开关费用并保持网络的辐射状结构。第二阶段为基于给定的网络拓扑和UDG出力不确定集合,通过执行三相动态最优潮流来最小化系统最坏情况下的运行成本。所提二阶段鲁棒动态重构模型可采用列与约束生成算法进行求解,并且线性三相潮流模型的采用,使主问题与子问题均可建模为混合整数线性规划问题。通过对修改的IEEE 34节点及IEEE 123节点系统的测试计算,验证了所提方法的有效性。     

考虑不确定性的三相不平衡配网DG选址定容研究

可再生能源的分布式发电(Distributed Generation,DG)因其良好的环境效益受到关注,但分布式风力发电和光伏发电出力具有波动性和不确定性,这类分布式电源配置在网络中的节点位置和容量对于网络优化运行至关重要。由于配网中三相负荷经常不平衡,并且不同相之间的互阻抗也不平衡,这给分布式电源在配网中的选址定容带来了难度。考虑到三相不平衡潮流的影响,利用速度高、精度好为特点的考虑负荷模型和负荷接入类型的线性三相不平衡潮流法进行潮流计算。针对出力不确定的分布式电源在三相不平衡配网中的选址定容展开研究,建立了以减小网损、降低电压不平衡度、防止电压跌落的分布式电源多目标选址定容模型。针对分布式电源选址定容后的运行维护情况,提出了成本效益分析,来考虑中长期选址定容的合理性。为了求解文中的多目标模型,提出了改进磷虾群搜索算法,保留最优个体,提高收敛速度。利用IEEE37节点系统进行算例验证,分析了网损、电压不平衡度、每相电压在分布式电源接入后的情况。     

Volt/var optimization of unbalanced distribution feeders via mixed integer linear programming

The paper presents a Mixed Integer Linear Programming (MILP) model for the solution of the three-phase volt/var optimization (VVO) of medium voltage unbalanced distribution feeders. The VVO of a distribution feeder is aimed at calculating the most efficient operating conditions by means of the scheduling of transformers equipped with an on-load tap changer and distributed reactive power resources (such as embedded generators and switchable capacitors banks). The proposed model allows the representation of feeders composed by three-phase, two-phase, and single-phase lines, by transformers with different winding connections, by unbalanced wye- and delta-connected loads, by three-phase and single phase capacitor banks and embedded generators. The accuracy of the results is verified by using IEEE test feeders.     

三相不平衡下交直流配电网状态估计

基于电压源型换流器(VSC)的柔性直流技术被越来越多地运用到配电网中,需要对含VSC的三相不平衡交直流配电网进行准确的状态估计,而配置相量测量单元(PMU)的测量数据是实现配电网准确状态估计的有效手段。首先,提出了考虑配电网三相不平衡特性的交直流配电网状态估计模型,采用加权最小绝对值法进行状态估计;其次,进行PMU测量数据的线性描述,给出了PMU及数据采集与监控(SCADA)系统的混合测量方程,并将多种交直流设备在测量方程中统一描述;最后,在三相不平衡的IEEE 33节点交直流配电网算例上,验证了所提方法的有效性和实用性。     

A hybrid method combining JFPSO and probabilistic three-phase load flow for improving unbalanced voltages in distribution systems with photovoltaic generators

This paper presents a new hybrid method that combines jumping frog and particle swarm optimization and probabilistic three-phase load flow to improve unbalanced voltages in distribution systems with photovoltaic generators. This paper applies a new three-phase probabilistic load flow based on the Monte Carlo simulation. The voltage regulation is one of the principal problems to be addressed in photovoltaic distributed generation. The proposed method defines the nodes where photovoltaic grid-connected system is connected and their mean power output minimizing the maximum value of voltage unbalances at the nodes. Numerical applications are presented using the unbalanced distribution system IEEE 13-nodes and including photovoltaic generators at several nodes. The results obtained show the decrease in the unbalance factor due to the presence of distributed generation.     

改善不平衡配电网电压质量的分布式储能序次优化配置方法

分布式储能(distributed energy storage,DES)具有灵活的运行特性,通过合理配置DES可使其有效服务于有源配电网的电压管理。现有以电压管理为导向的DES优化配置研究通常基于平衡网络模型来分析储能运行特性对系统电压的影响,但配电网实际上是三相不平衡的。为此提出一种基于电压灵敏度分析的不平衡配电网DES序次优化配置方法,从改善网络电压的角度研究不平衡配电网中DES的最佳配置方法。首先基于综合电压灵敏度分析确定DES接入位置;其次兼顾系统运行的经济性,以DES一次投资和运维成本最小为目标优化DES的接入容量;最后通过改进IEEE 33节点三相配电网进行算例分析,验证了所提DES序次优化配置方法可有效改善不平衡配电网的电压质量。     

大规模复杂配电网三相不平衡潮流并行计算方法

以牛顿拉夫逊法为基础,建立了复杂配电网中的三相配电线路、负荷、变压器和调压器等的数学模型,提出了复杂配电网三相不平衡潮流的并行计算方法,以提高大规模复杂配电网潮流计算的性能。考虑配电网的馈线数和节点数,设计了同构模式下多核(2、4)处理器的任务分配,对比负载均衡、并行加速比。通过IEEE 123节点标准馈线、某电网1000节点馈线及IEEE 123、37、34和13标准馈线拆装重组而成的数十条馈线等的仿真,对所提并行潮流计算方法的计算速度、收敛性和加速比进行测试和比较分析。仿真结果表明,所提并行计算算法能充分利用计算机的多核资源、显著提高了计算效率。     

考虑变流器四象限运行的不平衡配电网DESS两阶段优化配置

分布式储能(distributed energy storage system, DESS)可通过功率四象限运行以高效服务于配电网电压管理。现有以改善电压质量为导向的DESS优化配置研究缺乏对储能功率四象限运行和配网三相不平衡状态的全面考虑。为此,提出一种适用于不平衡配电网的功率四象限DESS两阶段优化配置方法。在选址阶段,基于三相牛顿-拉夫逊潮流算法提出全维电压灵敏度分析方法,从提升系统电压质量的角度深入探究DESS的最优选址。在定容阶段,考虑系统运行经济效益,以年均投运成本最低和节点电压偏差最小为优化目标建立了DESS经济运行模型,通过粒子群-灰狼优化算法进行求解。以改进IEEE33节点三相配电网为例开展算例分析,仿真结果验证了所提方法的有效性。     

单相光伏大量接入的三相不平衡配电网无功优化

随着光伏发电等大量非全相运行的分布式电源(DG)接入,配电网固有的三相不平衡特征更加突出,传统无功优化方法因忽略了三相不平衡导致效果较差。文中提出一种三相不平衡主动配电网的无功优化模型,以系统负序电压最小和网络损耗最小为目标,考虑有载调压变压器、分组投切电容器、静止无功补偿装置等离散和连续控制变量,形成一个带有二次约束的混合整数二次规划问题。利用分支定界法处理该混合整数规划问题,将原问题松弛为多个不含离散变量的子问题,分别求得各子问题中设备的控制量,进而求得原问题的最优解。采用扩展的IEEE 33节点三相测试系统仿真计算,验证了所述模型和方法的有效性。     

A new fault location algorithm using direct circuit analysis for distribution systems

The unbalanced nature of distribution systems due to single-phase laterals and loads gives difficulty in the fault location. This paper proposes a new fault location algorithm developed by the direct three-phase circuit analysis for unbalanced distribution systems, which has not been investigated due to high complexity. The proposed algorithm overcomes the limit of the conventional algorithm, which requires the balanced system. It is applicable to any power system, but especially useful for the unbalanced distribution systems. Its effectiveness has been proved through many EMTP simulations.