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。     

考虑输电线路动态增容的增强型安全约束最优潮流

在复杂内外部风险的影响下,输变电设备的随机故障已成为影响电网安全运行的重要因素。针对现有安全约束最优潮流存在的灵活性或安全性不足的问题,提出了一种增强型安全约束最优潮流(ESCOPF)模型,采用输电线路动态增容技术,保证电网在预想事故发生后至校正控制生效前的运行安全性。并给出了一种基于Benders分解的求解算法,将原问题分解为预防控制主问题、动态增容校验子问题和校正控制可行性校验子问题。通过不断向主问题返回Benders割修正机组发电计划,最终得到满足所有子问题校验的最优发电计划。算例分析结果表明,ESCOPF模型能够充分利用线路输电能力,扩大电网安全运行范围,从而提升系统运行的经济性。     

考虑电网N-1闭环安全校核的最优安全发电计划

提高发电计划的安全性和经济性是将短期发电计划应用于实际调度运行的关键.提出了将机组组合与电网线路N-1安全校核直接闭环的发电计划模式,实现了考虑线路N-1闭环安全校核的机组组合全空间优化,有效地提高了发电计划的安全性和经济性.基于该模式,提出了主、子问题一体摔制的最优奔德斯(Benders)分解方法,确保了分解协调的最优性和高效性,并且将起作用整数变量的识别方法嵌入主问题求解流程,进一步提高了安全机组组合模型的求解效率,为所提方法的实用化奠定了计算基础.理论分析和算例测试验证了所提最优闭环发电计划的最优性和高效性.     

计及校正控制的安全约束最优潮流的奔德斯分解算法

针对电力系统调度、规划、检修及风险评估中反复涉及的校正控制安全约束最优潮流的求解问题,在深入机制分析基础上,提出一种基于奔德斯(Benders)分解与协调的模型和算法,使复杂大电网的求解得以进行。该模型和算法的主要贡献体现在:对正常状态下的最优潮流问题(也称主问题),基于电网关键元件规律特性的变动形成有效约束,以提高其求解效率;对预想事件(也称子问题)集,基于处于主导地位预想事件概念的有效筛选方法,使子问题数显著减少。由此,借用奔德斯分解的处理思想,实现主问题与子问题间的协调机制。最后以IEEE 30节点标准系统以及山东电网445节点实际系统作为算例,对该算法进行可行性、有效性等验证。     

考虑风电预测误差相关性的负荷恢复鲁棒优化

为应对负荷恢复过程中源荷双重不确定性,建立了负荷恢复鲁棒优化模型。应用近似线性化潮流方法对模型进行线性化处理,并基于解耦思想将原模型分解为预测场景下的方案优化主问题和误差场景下的方案校核子问题。主问题以预测场景下加权负荷恢复量最大化为目标函数,进行风电接入和负荷恢复方案最优决策;基于主问题的决策结果,子问题引入松弛变量,构建计及预测误差不确定性的max-min双层方案可行性校核优化模型,并以可调盒式集合刻画负荷预测误差,以线性多面体集合描述具有相关性的风电预测误差。在求解过程中,利用线性优化强对偶理论将max-min结构的子问题对偶转化,并引入大M法线性化所得对偶模型,然后采用列与约束生成算法进行主、子问题高效迭代求解。算例结果验证鲁棒优化模型和迭代求解方法的有效性和可行性。     

大规模系统月度机组组合和安全校核算法

采用时序优化方式解决月度机组组合和电网安全校核问题,针对电力市场和节能调度模式,建立了优化数学模型。利用拉格朗日松弛算法进行月度720时段机组组合优化,利用非线性内点最优潮流算法进行电网安全校核。以IEEE RTS标准算例和中国华东电网为例进行大规模优化性能分析,结果表明该算法是解决大规模电力系统月度发电计划和电网安全校核的有效方法。     

输电检修与机组组合联合的区间鲁棒优化决策

在设备实施状态检修背景下,输电设备检修与机组组合容易产生矛盾,尤其是风电等可再生能源接入所产生的剧烈不确定性使这一矛盾更加突出。为此,该文以区间不确定集描述电网各母线上负荷或风电的不确定性,建立了输电设备检修与机组组合联合的区间鲁棒优化决策模型。从该模型出发,提出了以奔德斯(Benders)分解协调为核心的求解框架,其中以输电设备检修和机组组合联合决策为主问题,依据电网潮流可行性和电网潮流最优性的条件,引入奔德斯可行割和最优割,借助拉格朗日松弛技术(Lagrangian relaxation technique)使分解协调迭代格式得以有效进行,最终驱使主问题趋向潮流可行到最优,完成优化决策。其中,为提升优化算法计算效率,引入主问题中设备检修和机组启停变动情景下的发电与负荷平衡(单母线模型)的经济调度最小运行成本以减小主问题目标与子问题目标衔接的间隙,并促使其以最小的迭代次数趋向最优解;其次,针对电网潮流可行性及最优性校验遭遇的max-min复杂模型,提出一定主问题解条件下,依据对偶原理和区间不确定集特点使其转换为易于求解的混合整数线性规划模型的方法,并给出应用模式识别加速这一校验过程的基本流程。最后,以简单6节点和IEEE118节点算例系统验证了该文模型和方法的有效性。     

考虑校正控制的含风电场安全约束优化潮流

为应对风电场出力波动及电网故障给安全约束优化潮流带来的问题,在优化潮流中考虑校正控制,选择输电线路N-1故障及多风电场出力波动的组合作为电网运行的预想事件,在风电功率区间预测基础上得出相应置信水平的风电场出力上下限,并采用极限场景以代替风电功率预测误差的多种情况,通过基于关键输电断面的预想事件筛选以及主问题和多重子问题划分,经交替迭代求解最后可得到满足正常状态经济性及预想事件下安全约束的发电计划。IEEE 30节点系统的仿真结果验证了该方法的有效性。     

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。     

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。     

电力系统静态安全最优潮流并行计算方法

针对大规模预防性安全约束最优潮流计算耗时长的问题,提出2种基于单机多处理器平台的粗粒度并行计算方法以提高求解效率。依据多预想故障计算过程相互独立的特点合理分解计算任务,平衡各核心负载,降低通信损耗,并利用MATLAB并行工具箱编写具有高并行度的程序代码,充分利用多核资源。得到的优化调度方案可使电网运行同时满足正常状态和N-1故障状态约束,使电力系统具备承受一定程度故障干扰的能力。3个系统的多预想故障设置方案的测试结果表明,所提算法在保证精确性和收敛性的基础上,加速效果明显,易扩展至多机集群架构。     

Distributed power flow loss minimization control for future grid

In this paper, a novel decentralized algorithm is proposed to minimize power flow loss in a large‐scale future grid connecting with many real‐time‐distributed generation systems by which power flows bi‐directionally. The DC‐power loss at each link is defined as the product of resistance and the square of current that can be considered as a quadratic flow cost. We employ the notion of tie‐sets that reduces the complexity of the power flow loss problem by dividing a power network into a set of loops that forms a linear vector space on which the power loss problem can be formulated as a convex optimization problem. As finding a solution in each tie‐set enables global optimization, we realize parallel computing within a system of independent tie‐sets by integrating autonomous agents. Simulation results demonstrate the minimization of the power loss on every link by iteratively optimized power flows and show the superiority against the traditional centralized optimization scheme. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

电力系统动态经济调度优化问题的膜计算方法

将膜计算方法用于求解电力系统动态经济调度优化问题。首先利用二次罚函数将多约束经济调度问题转化为无约束优化问题,对于膜计算的3个基本要素——膜内对象、膜结构和进化规则,该方法以各发电机组24时段的出力值作为膜内对象;采用具有嵌套结构的类细胞膜型膜结构,包含并行基本膜和拟高尔基体膜;在基本膜内执行交叉规则、变异规则、修正规则和保留规则,拟高尔基体被激活后执行移位规则、提取规则和目标导向规则。通过膜内对象不断进化择优,从而实现对动态经济调度问题的求解。基于IEEE 39和IEEE 118节点测试系统的算例,表明该文所提方法能够有效求解电力系统动态经济调度优化问题,与遗传算法和粒子群算法相比,该方法的计算结果和稳定性均更优,具有很好的应用前景。     

基于Petri网和多种群遗传算法的海洋核动力平台电力系统网络重构

针对现有海洋核动力平台电力系统网络重构方法中功率流分析复杂,且重构模型求解算法难以稳定收敛到全局最优解的问题,提出一种基于Petri网和多种群遗传算法的核动力平台电力系统网络重构方法。综合故障后负荷恢复量、开关操作代价和发电机运行效率指标建立系统网络重构目标函数;基于Petri网对系统进行拓扑建模,将储能装置等效为负值"负荷",通过动态更新机制确定功率流分布;采用多种群遗传算法求解网络重构问题,获取满足系统约束的最佳开关状态组合方案。典型核动力平台电力系统算例表明,所提方法能有效防止算法局部收敛以及减少迭代次数,快速提供完备的系统重构方案。     

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。     

计及权系数影响的区域电网时段多目标调度优化策略

为了解决区域电网受风光机组出力的不确定因素影响的调度优化问题,提出了含风光机组在内的多电源多目标调度优化模型,目标函数中考虑了经济运行成本及环境治理成本,同时增加了备用容量和爬坡能力等约束。考虑权系数对多目标优化结果的影响,基于不同的负荷情况,对多目标优化的权系数进行动态选取,得到各阶段负荷下对应的权系数。该文将负荷分为基荷、腰荷及峰荷三种情况,根据模糊综合评价法对各种负荷情况动态确定权系数,以此提出四种优化方案。为了降低综合成本,在考虑了各种约束的前提下,利用改进的粒子群算法求解模型,求得四种方案下的分时段综合成本,并确定调度优化方案,同时得到运行周期内区域电网中机组出力的最佳策略,最后通过实例验证了所提基于动态权系数的多目标调度优化策略的有效性。     

一种新的两部制无功定价方法

提出了一种新的两部制无功定价方法.其中以无功电量成本最优为目标函数,以潮流方程为等式约束,以运行及安全约束尾部等式约束.所建议的无功电价模型的核心想法为:一方面提出电力市场下无功源以电量成本参与竞争,以解决现有的一部制电价对无功的运行成本补偿不足的问题;另一方面提出一种新的无功容量电价分解方案解决现有的一部制电价对无功投资成本回收不明确的问题.电量电价加容量电价形成了一种新的两部制无功电价.IEEE-30母线系统算例验证了该无功价格模型的有效性和实用性.     

基于预处理BICGSTAB法的电力系统潮流并行计算方法

为实现大规模电力系统潮流的准确、快速求解,以非精确牛顿法为基础,提出一种基于CPU-GPU异构平台的电力系统潮流并行计算方法。修正方程组的求解是牛拉法潮流计算中最为耗时的部分,提升修正方程组的求解效率可有效提升潮流计算效率。为此,根据雅可比矩阵的不对称不定性,采用稳定双正交共轭梯度(bi-conjugate gradient stabilized, BICGSTAB)法进行修正方程组的求解。进一步,为改善BICGSTAB法的收敛性,根据雅可比矩阵的稀疏性和类对角占优性,提出一种改进PPAT(Preconditioner with sparsity Pattern of AT, PPAT)预处理器和改进Jacobi预处理器相结合的两阶段预处理方法,并对雅可比矩阵进行预处理,提升BICGSTAB法的收敛性能。然后,将上述潮流算法移植到CPU-GPU异构平台,实现电力系统潮流的并行求解。最后,通过不同测试系统算例对所提方法进行验证、分析。结果表明,所提潮流并行计算方法可实现电力系统潮流的准确、快速求解。     

基于半定规划法的含分布式潮流控制器最优潮流

分布式潮流控制器能够灵活地提升现有线路的输电能力,从而降低系统运行成本,但该设备的引入会增加电力系统最优潮流问题的复杂度与非凸程度。针对分布式潮流控制器的结构及原理进行了分析,提出一种简化的稳态功率模型,并考虑到装置运行时各串联单元自身容量限制,给出实际电网中分布式潮流控制器线路的潮流可行域。基于此,采用对初值选取不敏感的半定规划法建立含分布式潮流控制器的系统最优潮流模型,并选用原对偶内点法进行求解。算例测试结果表明,所提方法能有效解决含分布式潮流控制器的系统潮流优化问题。     

基于电力系统稳定边界理论的紧急控制决策方法研究

提出了一种电力系统暂态稳定控制中发电机快关/切负荷紧急控制决策的新方法。该方法应用非线性动力系统稳定边界理论,沿稳定边界上主导不稳定平衡点处的法向量在角度空间中的投影向量方向外推主导不稳定平衡点,来扩大电力系统的暂态稳定域,将电力系统经典模型下的发电机快关、切负荷紧急控制决策问题描述为一线性规划模型,大大降低了控制方案搜索过程的计算量。将这一线性规划模型应用于实际电力系统故障算例时,为了得到工程实际中便于操作的紧急控制策略表,进一步采用时域仿真的方法对线性规划模型求解得到的候选控制措施进行甄别。通过很少次数的数值积分,便可以快速准确地遴选出保持系统暂态稳定的控制方案。在New England 10机39节点系统上的仿真结果表明了该方法的有效性和实用性。