一种基于高斯罚函数的大规模无功优化离散变量处理方法

含离散变量的电力系统无功优化属于非线性混合整数规划问题,这类问题目前仍缺乏理论上严格有效的求解方法。提出一种基于高斯罚函数的离散变量连续化的处理策略,用于求解含离散变量的无功优化问题。在对高斯罚函数的性质和参数影响进行分析讨论后,设计出一种结合非线性规划内点法和高斯罚函数参数调整策略的无功优化实用算法。由于高斯罚函数具有连续可微等良好性质,所提方法具有良好的寻优化和计算性能。最后在不同规模的标准系统和实际系统上进行算例测试,以验证算法的鲁棒性和实用性。     

基于凝聚函数的电力系统无功互补优化模型与算法

基于非线性互补函数和凝聚函数提出了一种处理电力系统无功优化问题中离散变量的光滑化模型,并结合现代内点法对模型进行求解。所提方法首先在不考虑离散变量的情况下进行无功优化预计算,快速获取离散变量的两界,并以此构造互补约束条件;然后将互补约束转化为等价的非光滑方程组,并利用凝聚函数进行光滑逼近,从而将无功优化问题转化为一般的非线性规划问题进行求解,有效地解决了求解离散量时存在的时间与精度之间的矛盾。对30至1780节点系统的计算结果表明,该算法计算效率高、收敛性好,在求解含离散变量的大规模非线性规划问题中有很好的应用前景。     

基于APSO算法的发电机励磁系统参数辨识

针对传统辨识方法不能辨识励磁系统非线性环节的缺点,提出了一种基于自适应粒子群优化(APSO)算法的发电机励磁系统参数辨识的方法.通过建立待辨识励磁系统的传递函数结构模型,以励磁系统的实际输入作为模型的输入,以实际励磁系统和模型的输出误差最小作为目标函数,利用APSO算法对模型参数进行优化调整,最终得到满足误差要求的励磁系统参数.该方法根据输入输出采样数据直接在时域上进行参数辨识,无需经过FFT变换,方法简便,并且有效解决了励磁系统非线性环节难以有效辨识的问题.仿真结果表明,APSO算法具有较快的收敛速度和较高的辨识精度.     

基于粒子群优化算法的PSS参数优化

粒子群算法(PSO-ω)是一种应用于连续空间的、具有较好的全局搜索能力和寻优速度的群体智能优化算法.基于单机无穷大系统模型,通过采用PSO-ω算法对电力系统稳定器(PSS)进行参数优化,以抑制低频振荡.该方法是以最优控制原理为基础,综合考虑PSS与励磁系统的性能,将PSS参数优化协调转化为带有不等式约束的优化问题,控制目标为系统输出按照最小误差跟踪给定值的能力(ITAE准则).用Matlab软件进行仿真,结果表明,利用该方法设计的PSS,它的稳定性有了较大的提高.     

计及风电与负荷不确定性的电力系统无功随机优化调度

随着风电渗透率的不断增大,风电的不确定性给电力系统安全稳定运行带来了严重影响。含风电电力系统无功优化调度为非线性混合整数规划问题,在满足多个约束的同时,确定了电力系统无功控制参数的最优值,以优化特定的目标函数。建立了计及风电与负荷不确定性的电力系统多目标无功随机优化调度模型,设置了两个目标函数：有功功率损耗最小化、电压稳定指标最小化。采用ε约束优化方法求解多目标优化模型,利用模糊满意度方法选择最优折衷解。设计了两种不同案例在IEEE-57节点系统上进行仿真。仿真结果表明所提模型及方法可有效解决含风电电力系统无功优化调度问题,显著降低有功损耗,提高系统电压稳定性。     

相量测量装置（PMU）动态测量精度在线检验

粒子群算法(PSO-ω)是一种应用于连续空间的、具有较好的全局搜索能力和寻优速度的群体智能优化算法。基于单机无穷大系统模型,通过采用PSO-ω算法对电力系统稳定器(PSS)进行参数优化,以抑制低频振荡。该方法是以最优控制原理为基础,综合考虑PSS与励磁系统的性能,将PSS 参数优化协调转化为带有不等式约束的优化问题,控制目标为系统输出按照最小误差跟踪给定值的能力（ITAE准则）。用Matlab软件进行仿真,结果表明,利用该方法设计的PSS,它的稳定性有了较大的提高。     

基于平衡降阶模型的多机系统非线性励磁预测控制

将预测控制与模型降阶技术相结合提出一种基于平衡降阶模型的多机电力系统非线性励磁预测控制方法,以解决最优励磁控制和传统比例积分微分励磁控制无法考虑系统复杂状态和控制输入约束的问题,并且降低非线性励磁预测控制高阶动态模型数值计算的复杂性。首先,利用经验Gramians 平衡降阶原理,对电力系统非线性动态模型进行降阶,以降低动态模型的维数。然后,建立基于降阶模型的励磁预测控制模型。以系统输入输出最小二乘残差向量为优化目标,以降阶动态模型作为等约束条件,以输出量、控制量的变化范围作为不等约束条件。利用内点法求解优化问题。最后,利用一个四机电力系统验证该预测控制方法的有效性,仿真结果表明：基于平衡降阶模型的多机电力系统非线性励磁预测控制器能够大大缩短优化计算时间,维持机端电压在定值附近,提高系统的稳定性。     

动态无功优化的多阶段求解方法

动态无功优化是保障电网安全经济运行的重要手段之一。然而,动态无功优化属于大规模、多时段、强耦合的非线性混合整数规划问题,直接求解困难。为处理无功优化问题中包含的离散变量及时段耦合约束,基于动态无功优化问题的物理本质,提出了动态无功优化模型的多阶段求解方法。第1阶段以系统网损最小化为目标,松弛离散变量和无功设备全天动作次数约束,基于内点法计算得到动态无功优化问题的初始解。第2阶段以网损增量最小化为目标,基于目标函数对控制变量的灵敏度,将子问题在当前解附近线性化,构建以无功控制设备全天动作次数为约束的混合整数规划模型,由此决策无功设备全天动作次数约束下的离散控制变量优化解。在此基础上,将第2阶段得到的优化结果代入到第1阶段的优化模型当中,得到多阶段动态无功优化问题的优化结果。WardHale 6节点算例系统和国内某省网实际系统计算结果验证了所提模型和求解方法的高效性和适用性。     

基于多目标多元非线性规划模型及“以大代小”方法的电力负荷预测方案设计

以某区域火电机组在各个时段的发电负荷为决策变量,以电力系统煤耗总量和CO2排放总量为目标函数,以电力系统平衡约束、机组出力约束为约束条件,建立了多目标多元非线性规划模型。采用评价函数线法将模型进行单目标优化,最后根据单目标优化问题的求解方法,利用LINGO软件求解出负荷分配的最优方案。     

小干扰稳定约束最优潮流的非线性半定规划方法

基于特征值优化理论,提出含小干扰稳定约束最优潮流的非线性半定规划模型和算法,以期解决由于系统状态矩阵谱横坐标函数的隐式和非李普希茨特性引起的建模难问题。在模型中,根据李雅谱诺夫定理,引入正定约束精确表达小干扰稳定。算法设计上,将模型中的正定约束转为非线性约束,使建立的非线性半定规划转换为非线性模型,利用现代内点法进行求解。WSCC-9节点及IEEE-14节点两个系统的计算验证了模型的有效性和算法的高度可靠性,为这一领域的发展提供了新的思路。     

多目标算法分层优化策略在开关磁阻电机中的应用

针对电机多参数多目标协同优化较为复杂的问题,提出了基于非支配排序遗传算法分层迭代优化的思想。首先,介绍定子分段混合励磁开关磁阻电机的设计流程和工作原理。其次,选择电机的待优化参数和优化目标,并引入Pearson相关系数分析电机参数与优化目标的相关性,根据相关性结果对待优化参数进行分层;建立各层优化参数与优化目标的非线性模型,将非线性目标模型引入多目标优化算法。最终,在Pareto前沿中选取最优个体,完成对电机结构参数和控制参数的分层迭代优化,确定电机的最优结构参数和控制参数,并通过有限元分析软件进行验证。相比较于初始模型,优化后电机的效率略有提高,平均转矩增加12.44%,转矩脉动减小64.96%。根据最优参数制造出实验样机,实验结果验证了优化设计的有效性和优越性。     

基于双层规划的非线性鲁棒电力系统稳定器参数整定方法

使用先进的励磁控制技术是改善电力系统稳定性和动态品质的有效手段。采用反馈线性化和鲁棒控制理论设计的非线性鲁棒电力系统稳定器(NR-PSS)是一种先进的励磁控制装置。在深入研究电力系统稳定器(PSS)参数整定原理和NR-PSS现有参数整定方法的基础上,提出了一种基于双层规划的NR-PSS线性部分参数整定方法,以满足阻尼频带宽和控制代价低两方面要求。通过等价非线性规划可求出最优参数。仿真结果表明,应用所提出方法设定的参数可以改善NRPSS的控制效果。     

独立电压调节回路的最优分散协调励磁控制

提出一种新的励磁控制方法,解决了传统多机系统分散协调励磁控制中电压反馈增益偏低而达不到要求的问题。该方法将电压反馈作为独立的调节回路,无须依赖加权系数的二次优化,按调压要求独立设计电压反馈增益。将其余的多个输出量(转速、功率等)作为附加控制信号形成外环控制回路,利用分散协调控制思想,通过求解Levine-Athans方程组,实现对多个附加信号增益优化,从而保证全局稳定和性能最优。既根据稳态调节精度的要求设定电压反馈系数,又实现了多变量协调优化控制。最后,以电力科学研究院EPRI-36系统为实例,分别用所提方法和传统方法设计2种励磁调节器,在小干扰稳定性、暂态稳定性、电压调节精度等方面进行对比,结果显示所提方法的综合性能具有优越性。     

Evaluating the impact of uncertain parameters in power system dynamic simulations

There are typically uncertain parameters in power system models. This paper presents a computational method for evaluating the effect of parameter uncertainty on the dynamic behaviors of power systems. The effect of parameter uncertainty is represented by system trajectory or performance bounds around nominal values. Based on the notion of optimal power flow with transient stability constraints, a set of nonlinear optimization problems is formulated to determine the upper and lower bounds of system trajectories. A successive linear programming approach is suggested to solve these nonlinear optimization problems. The proposed method is evaluated by several test systems. The results show that the proposed method is valid and potentially useful in quantifying the effect of parameter uncertainty in power system dynamic simulations.     

基于微分几何理论和自抗扰控制技术的励磁控制器设计

针对仿射非线性系统,通过微分几何坐标变换将系统非线性因素转换到含有控制输入的状态方程中.由于微分几何方法坐标变换本身是精确无误的,所以转换后的系统中,线性部分是精确的;系统参数的不确定、模型的不精确最终反映到转换后的非线性部分.利用自抗扰技术中的扩张状态观测器观测该部分的非线性摄动,通过反馈将其线性化并消除扰动.推导了单机无穷大系统的非线性励磁控制规律,在PSASP上进行仿真试验.理论论证和仿真试验证明该方案提高了非线性励磁控制的鲁棒性.     

基于随机聚焦粒子群算法的多机系统PSS参数优化

随机聚焦粒子群算法（SFPSO）是一种应用于连续空间的、具有较好的全局搜索能力和寻优速度的群体智能优化算法。通过采用SFPSO算法,对多机系统的PSS参数进行优化。该方法是以最优控制原理为基础,综合考虑PSS与励磁系统的性能,将PSS 参数优化协调转化为带有不等式约束的优化问题,控制目标为系统输出按照最小误差跟踪给定值的能力。通过仿真测试以及不同算法优化结果的对比,表明基于SFPSO算法优化的PSS在不同的干扰下都具有良好的性能,能够抑制低频振荡,并保持系统稳定,同时证明了SFPSO算法的有效性和优越性。     

同步发电机励磁控制方法的发展与展望

励磁控制方法的发展经历了线性单变量控制、线性多变量控制、非线性多变量控制及智能控制几个发展阶段,其中线性多变量控制可分为强力式、PID+PSS、线性最优等励磁控制方法;非线性多变量控制可分为鲁棒、变结构、自适应、内模、预测、灰色、自抗扰、Lyapunov、反步、无源、Hamilton、反馈线性化等励磁控制;智能控制可分为模糊、神经网络、支持向量机、专家、学习、遗传、模糊神经等励磁控制。全面地概括了励磁控制方法的发展历史与现状,并按控制理论发展规律对这些方法进行分类,分析这些方法的原理及优缺点,说明励磁控制与其他控制之间的协调方式,指出存在的主要问题及今后的发展方向。     

高压直流输电系统中换流器的非线性控制及仿真研究

关于高压直流输电系统中换流器整流侧定功率、逆变侧定关断越前角的控制问题,针对三阶非仿射非线性的系统模型,基于偏差线性化控制方法,设计了线性二次型最优控制器;基于多变量非线性控制的逆系统方法,设计了非线性反馈线性化控制器。利用Matlab/Simulink进行仿真实验,对系统存在状态初值扰动情况时,比较两种控制策略下系统的动态性能。仿真结果证明了非线性控制策略的优越性,表明了文中所提方法的可靠性和有效性。     

基于最优变目标策略的TCSC与励磁系统协调控制

发电机励磁系统以及可控串联电容补偿器(thyristor- controlled series capacitor,TCSC)对远距离输电系统的稳定性影响很大。基于最优变目标控制(optimal variable aim control,OVAC)理论,提出了TCSC与励磁系统协调控制的方法。首先针对含有TCSC的单机无穷大系统的非线性模型,建立了状态空间方程;然后利用最优变目标控制理论推导出了TCSC与励磁系统的协调控制规律;最后利用算例进行了仿真验证。仿真结果表明,该策略提高了系统阻尼,有效地抑制了系统的功率振荡,改善了系统的稳定性。     

考虑负荷模糊性的最优协调电压控制

现有电压控制中没有考虑预测负荷和实际负荷之间的偏差,电压控制效果难以保证。为此引入负荷模糊数度量负荷偏离不确定性,提出考虑负荷模糊性的长期电压稳定最优协调控制方法。在含有连续离散时间微分代数方程约束和以负荷节点电压偏差与控制成本最小为控制目标的准稳态控制模型的基础上,建立协调电压控制模糊非线性规划模型;然后,根据最大隶属度原则,将模糊非线性规划问题转化为普通非线性规划问题,并基于内点法求解。通过新英格兰10机39节点系统算例仿真验证该模糊优化电压控制方法的有效性和鲁棒性。