电力系统有功优化潮流算法研究——等效二次规划法

本文基于全网发电成本为目标、满足节点有功平衡方程、发电厂(机)有功出力和支路有功限值为约束的有功优化潮流数学模型，提出了利用二次规划的凸性条件，使其转化成只有变量约束的等效二次规划模型。本文用等效二次规划算法对5节点、13节点、IEEE5节点、IEEE30节点和广东某电力系统进行了计算。结果表明，用等效二次规划算法求解有功优化潮流具有收敛性好、快速及较高的精度，具有应用于在线的潜力。     

基于负荷裕度最大化的发电出力优化（一）优化模型的提出

发电机有功出力方式优化是提高系统传输能力的主要控制手段。文中推导了负荷裕度最大点处有功出力方式的最优性条件,进而提出一种有功出力优化新模型。该模型将一个优化问题转换成一个非线性方程组的求解问题,为发电机有功出力优化在电压稳定中的应用奠定了一定的理论基础。通过构造极限曲面法向量与有功出力方式的灵敏度关系,并对参考点进行精心选择,准确地确定了最佳的发电机出力修正方向。     

基于Pareto最优的电力系统有功 — 无功综合优化

针对纯粹依据能耗或成本指标进行发电调度的不合理性,以系统总发电成本最小和电网有功损耗最小为目标函数,建立了电力系统综合节能降耗的有功-无功协调优化模型。借助λ乘子把多目标优化问题转化为单目标优化问题,通过对Pareto最优前沿集上综合效益最优解的定义,求解λ乘子的最优值,同时还提出了λ的近似求解方法以及有网损率约束情况下λ值的求解方法,可以为协调系统总发电成本与电网有功损耗之间的矛盾、省级电力调度部门从传统发电调度模式转变为节能发电调度模式提供参考。通过IEEE 30和IEEE 57节点系统的算例分析表明了所建模型和算法的有效性。     

有功调度中经济性与安全性的协调问题

采用线性多目标规划法将电力系统有功调度中的经济性与安全性统一到一个数学模型中进行分析计算，该多目标规划数学模型以发电费用最小和有功静态安全最大为目标，并协调了两个目标函数中变量的关系，采用目标规划的单纯形法求解该数学模型，得到综合考虑经济性与安全性的有功运行点、有功静态安全域。文中以IEEE－30节点系统为例进行计算，结果表明本文的模型和算法是可行和有效的。     

电力系统有功校正控制的网络规划法

消除电力系统元件的过负荷,可以通过各节点注入功率的校正控制来实现。采用数学规划法求解有功校正问题时,可以采用校正后运行费用增量之和为最小的目标函数,也可采用校正控制的操作量为最小的目标函数。为此建立了系统有功校正控制的网络规划模型,提高了网络规划法反复迭代的实用算法,在求解过程中使安全约束自动得到满足,校正后的网络流满足直流潮流的克希霍夫电流、电压定律。对IEEE—30节点系统的模拟计算表明,与精确AC潮流相比误差不超过±5%,适合于为在线校正控制提供决策指导。若把发电成本考虑进去,可以扩展为具有安全约束的经济调度算法。     

基于布谷鸟搜索算法的水电站消纳风电调峰运行策略研究

为了研究水电站在消纳风电中的应用,利用水电转换公式将水流量及水头高度转化为水电站出力,并把风电出力的不确定性表示为一个具有零均值、呈正态分布的预测误差。构建风-水-火电力系统联合调度模型,该模型以系统成本最小为目标函数,包含了火电机组煤耗成本、水电站管理成本以及风电场管理成本和预测误差成本;模型以水力和火力发电约束、水流量约束、火电机组爬坡速率约束等为约束条件,采用布谷鸟搜索算法对其进行求解,得到了系统运行的经济最优策略。仿真结果表明,水电站能够在电力系统中发挥较好的调峰作用,弥补风电出力的随机波动,降低系统峰谷差率,减少火电机组出力的频繁变化,降低系统备用容量,增加电力系统的安全性、稳定性和供电可靠性。     

风电场的随机优化模型及其混合智能算法

由于发电场无功优化本身的复杂性和风力发电的随机性,含有风电的无功优化问题不再是一个常规意义下的确定性问题,利用传统的方法也难获得既经济又有较高可靠性的解。把输人输出功率及无功功率看成随机变量,建立了基于机会约束规划的风电场无功优化数学模型,以概率的形式描述相关约束条件,考虑了利用风能的发电机机端电压限制、发电机的有功无功出力限制、线路潮流方程及负荷节点的出力限制等约束条件,利用混合智能算法求解该问题。通过3个节点系统的算例验证,证明该模型与算法具有有效性。     

联络线族的有功安全校正控制

提出电力系统安全校正控制中新的安全约束条件：联络线族的有功潮流约束，并用分布 因子法实现联络线族的有功安全校正控制。此算法与最优潮流相配合，得到一个安全可行的 优化潮流解。实例计算表明：算法正确、实用。     

电力系统无功和电压的优化调节

本文叙述了采用非线性规划法进行电力系统无功和电压优化的一种实用方法，其数学模型为 梯度法。通过选择初始优化点以提高优化深度，以及综合应用罚函数和节点类型转化等几种 方法以解决不等约束方面取得了新的进展。计算软件已通过鉴定。目标函数——有功网损下 降率达到国内先进水平。变压器分接头变比和补偿电容器、电抗器可自动归档，操作方便灵 活，可在IBM-PC机上算150节点以下的网络，可计及负荷的电压特性。已有7个生产单位使用 。     

隔河岩和高坝洲梯级水电站水库联合调度方案研究

发电量和保证出力是水库调度的两个对立目标,如何协调发电量和保证出力,是制定水库群联合调度方案的关键。本文对隔河岩和高坝洲梯级水电站水库联合调度,以发电量和保证出力为目标函数,建立了多目标联合优化调度数学模型,并提出了求解多目标优化模型最优解的交互式决策偏好系数法。此方法首先应用约束法将多目标优化模型转换成多个单目标优化模型,采用动态规划法求单目标优化模型的解,得到多目标优化数学模型的不劣解集,在此基础上,提出了一个评价多目标方案的决策偏好系数,并以决策偏好系数为依据,从不劣解集中选择多目标优化数学模型的最优解。应用此方法求出了隔河岩和高坝洲梯级水电站水库联合调度的最佳方案。     

梯级电站联合发电模型(下)——基于总耗水量最小化目标的优化模型

提出基于水能转换最大化的梯级水电站联合发电数学模型。通过计算不同时期发电机组耗水量与发电功率之间的关系进而对水电站进行耗水量分析,以梯级水电站群耗水量最小为目标、以电力系统有功功率平衡和水库调度耗水量平衡为约束条件建立函数,应用拉格朗日函数法和计算机算法,推导具有水力联系的梯级水电站之间的比耗量微增率关系式,同时考虑其他不等式约束条件,提出梯级水电站联合发电优化模型,并对四节点的电力系统进行实例计算与分析。     

计及发电机报价和负荷消费意愿的可用输电能力计算

提出一种在电力市场环境下考虑经济性约束的区域间可用输电能力的计算方法，建立了在系统每一运行点都能根据发电机组报价经济地分配其有功出力并限制各节点电价在某一可行范围内的数学模型，其目标函数是购电区域内负荷的增长量最大，约束条件为系统的安全性约束和经济性约束，更符合电力市场的实际情况。采用主从递阶决策求解数学模型，并利用非线性互补问题函数的近似半光滑牛顿算法处理底层优化问题所带来的不等式约束。以IEEE 30节点系统为例进行仿真并对计算结果予以分析，验证了所提出的方法的合理性。     

保留非线性解算最优潮流

本文在研究非线性规划方法及最优潮流问题本身特性的基础上，提出了一种保留非线性的最 优潮流解算方法。本方法参考GRG方式来处理不等式约束，引入发电机带点的有功功率为状 态变量，对复数变量采用直角坐标的形式，以增广目标函数的拉格朗日参数为参变量，从而 使寻优的数学模型成为无高次项的二次展开式，并在潮流方程的解算过程中，利用改进的快 速解算方法。这样就使得寻优方向的求取、最优步长的求取精度得以提高，求取的计算量得 以简化，每次迭代的计算量减少。此外，这种方法亦能有效地利用稀疏技术降低内存需要 量，减少运算时间。 文中列出了对IEEE 5，11节点试验系统，安徽电网40节点，76节点简化系统的计算结果。     

基于节能环保的水火电多目标优化调度研究

为提升水火电力系统运行的综合性能,对含有梯级水电站的水火电力系统,构建兼顾经济、用水和环保的多目标优化调度模型。针对各目标的量纲不同、权重系数难以合理确定的多目标优化问题,运用满意度函数和欧式距离函数对其进行归一化处理,并采用改进粒子群算法对处理后的目标进行优化求解。以广西某个由10个火电厂和8个梯级水电站所组成的水火电力系统平水期日发电优化调度计划为例进行仿真分析,优化结果表明在调度期内水力资源获得了充分利用,水电站总出力大于火电厂总出力,从而实现以水代煤,有效减少了煤炭的使用,降低了污染物的排放,同时也进一步验证了本文所提多目标优化求解方法的有效性。     

基于N-1原则的输电断面传送功率能力分析

输电断面传送功率能力分析是电力系统的一个重要研究课题，文中依据电网分析中广泛采用的N-1原则，研究了输电断面潮流在N-1静态安全约束下的传输功率能力，建立了断面传输功率约束的详细数学模型以及基于直流潮流的简化模型并给出了求解方法，特别针对复杂大规模互联电网建立了交流潮流与有功功率约束相结合的实用模型，并给出了以电力系统分析综合程序（PSASP）和用户程序接口（UPI）为计算工具的算法。通过实际系统中的算例表明，该方法简捷、可靠，能够满足实际电网分析计算需要，具有实用价值。     

一种安全校正策略的优化模型

根据电网安全校正策略的某优化模型对电力系统进行了合理的简化,将发电机和负荷的参数调整问题转化为建立、求解非线性的连续和二元混合规划问题。模型根据设置的复杂约束条件和合理的目标函数,通过求解数学模型得出合理有效的安全校正方案,并进行在线安全校正,在短时间内恢复系统正常运行,避免连锁故障的发生,有较好的安全性和合理性。     

发电市场技术支持系统中的有功安全校正策略

提出了符合中国发电市场运营规则的安全校正策略。考虑了机组出力变化速率约束、线路潮流速率约束和断面潮流速率约束，在灵敏度计算的基础上，以机组出力调整量最小和购电费用增量最小2种目标对机组出力计划进行调整。依据该算法研制开发的应用软件已在浙江发电市场技术支持系统（PMOS-2000）中投入实时运行，实践证明，该算法切实可靠，收敛速度快，鲁棒性强，能够处理实时运行中的各种情况。     

含风电场电力系统动态优化潮流的混合蛙跳算法

根据无功补偿就近的原则,风电场尽量不从系统吸收无功,风电场所需无功主要由风电场无功补偿装置提供。考虑发电机的阀点效应和异步风力发电机组无功补偿装置投切的离散性,含风电场的电力系统动态优化潮流属于复杂的多约束混合整数非凸非线性规划问题。计及各个时间断面的耦合性,将所有时段统一进行优化,以整个时段所有常规机组费用最小为目标函数,建立了含风电场电力系统动态优化潮流的数学模型。提出将混合蛙跳（SFL）算法应用到统一考虑所有时段的动态优化潮流计算中,给出了具体实现方法。在改进的IEEE 30节点系统中分别采用SFL算法和粒子群优化算法进行了仿真计算,结果表明所提出的方法是有效的。     

恢复潮流可行解的优化控制策略

针对一系列预想故障，提出了一种恢复潮流可行解的优化控制策略。该策略采用恢复潮流解和恢复可行解的两步法，以最小控制代价为目标，把恢复系统可行解的控制问题转化为一类非线性规划问题求解。针对无潮流解的故障，利用最优切负荷算法恢复潮流解，同时利用模式分析法研究了节点注入无功功率对应关键电压失稳模式的参与因子，这些参与因子决定了在随后恢复可行解的过程中负荷切除和发电机出力调整的优先权。采用考虑离散变量的原 — 对偶内点法求解上述非线性优化问题。算例仿真表明，通过模式分析选择优化变量减小了优化问题的规模，提高了优化计算的收敛速度。     

基于内点法的安全约束经济调度

在分析仿射变换内点法的基础上，导出了改进的仿射变换内点法，这种方法特别适合电力系 统 最优潮流问题的求解；在此基础上建立了基于内点法的电力系统最优潮流问题——安全约束 的经济调度 的数学模型，并给出了其算法与实现；最后，对新算法以实例进行了验证。算例表明，所提 的优化方法具有较快的计算速度。