基于混合整数二阶锥规划的主动配电网最优潮流研究

最优潮流是一个非线性优化问题,其具有复杂繁琐、维数高、约束多以及变量多的特性。将其应用于主动配电网也是当下研究热点。文章建立了使主动配电网有功损耗最小的最优潮流模型;考虑配电网可控单元和开关状态,采用改进后的辐射状约束与潮流约束进行变换,合理松弛后变为二阶锥约束,建立混合整数二阶锥规划模型。采用Yalmip工具包进行建模,调用Gurobi商用算法包对其进行求解计算;通过算例对采用粒子群算法与采用混合整数二阶锥规划方法的计算结果进行对比分析,结果证明混合整数二阶锥方法更适用于主动配电网,验证了该方法的高效性和稳定性。     

主动配电网最优潮流研究及其应用实例

最优潮流研究在配电网规划运行中不可或缺,且在大量分布式能源接入的主动配电网环境下尤为重要。传统的启发式算法在全局最优解和求解速度上均无法满足主动配电网运行要求,而基于线性化的最优潮流方法在高阻抗的配电网中适用性也较弱。基于此,文章建立了基于二阶锥规划(second order cone programming,SOCP)的动态最优潮流模型框架,力图将原非线性规划模型松弛转化为SOCP进行快速求解。首先,给出了基于二阶锥松弛的配电网动态最优潮流基本模型;然后,对主动配电网中各重要参与元素进行相应的线性化建模处理以便高效求解,如主动管理设备、配电网重构、需求响应及综合负荷等;同时,分析了松弛模型和近似等效的准确性。最后,通过3个应用实例验证了该最优潮流模型的松弛准确性和有效性。     

含高渗透分布式光伏的增量配电网日前优化调度方法

针对装有高渗透率分布式光伏和用户侧储能的增量配电网日前调度问题,综合考虑配电站有载调压变压器抽头动作、静止无功补偿装置投切、用户侧光伏变流器无功补偿和储能装置充放电等调控手段,基于支路潮流模型建立了以增量配电网运营商日前运行总费用最小为目标的优化调度模型。由于潮流约束中存在电压平方项和电流平方项,目标函数的网损部分存在电流平方项,所以原模型是二次约束二次规划模型(Quadratically Constrained Quadratic Programming,QCQP)。通过线性化和二阶锥松弛,将原始NP难问题转化为混合整数二阶锥规划模型(Mixed Integer Second Order Cone Programming, MISOCP)。为了保证二阶锥松弛精度,提出计算配电网最优潮流的多时段割平面约束,将其加入到每次迭代优化中求解,直至松弛误差减小到预定范围。最后用实际算例验证了调度方法的有效性。     

基于二阶锥最优潮流的机会约束分布鲁棒优化研究

新能源及负荷的不确定性会影响电力系统的安全运行,目前很多基于直流潮流的经济调度研究考虑了不确定性,而考虑不确定性的交流最优潮流值得进一步研究。因此,该文工作包括二阶锥最优潮流模型(second-orderconealternating current optimal power flow model,SOC-ACOPF)、基于分布鲁棒的最优潮流模型(second-orderconealternatingcurrent optimalpowerflowmodelbasedonthedistributionalrobust optimization,DR-SOC-ACOPF)的建立及求解方法。首先,通过引入的松弛变量对潮流非线性部分进行二阶锥松弛,提出了最优潮流的二阶锥求解方法,并额外添加松弛上限约束限制二阶锥松弛的误差。其次,将节点功率的不确定性与潮流表达、泰勒展开结合,推导了不确定量的关系方程,以此结合机会约束构造方法及方差区间估算,建立了可直接求解的二阶锥最优潮流的机会约束分布鲁棒优化模型,此方法具有较强的鲁棒性,且计算过程易处理。最后,通过多个IEEE算例验证了所提方法的有效性。     

含潮流路由器的配电网最优潮流计算

为解决配电网控制分散、控制元件可调范围小等问题,将潮流路由器(Power Flow Router, PFR)应用于配电网。提出了一种适用于配电网的含潮流路由器的改进支路潮流模型,并基于此建立了含PFR的配电网最优潮流模型。对模型进行二阶锥松弛,并采用Gurobi等商用算法包对松弛后的模型进行求解。为考虑负荷和分布式电源出力的不确定性,提出了一种拉丁超立方抽样和二阶锥规划相结合的概率最优潮流求解方法。采用修订的IEEE33节点系统验证了所提方法的有效性。     

基于二阶锥松弛的三相不平衡配电网最优潮流研究

电动汽车与光伏发电系统大规模接入配电网使其内部的单相电源增加,负荷加重,加剧了单相运行问题。为保证电网供电质量,大量可调节单、三相补偿调节设备在电网中得到应用,因此对三相不平衡配电网最优潮流展开研究。对配电网三相不平衡条件下的最优潮流进行求解分析,建立了以有功损耗最小为优化目标的多时段配电网最优潮流模型。通过二阶锥规划将非凸非线性最优潮流模型变换为线性模型,在不损失精确度的情况下,降低求解难度,提高了求解效率。采用Pyomo建模工具以及Gurobi算法包对所建模型求解,并分析了潮流误差,验证了该方法的可行性与有效性。     

基于净能力及二阶锥规划的分布式光储多场景协同优化策略

针对现有配电网中分布式光储调度模型存在资源协同不足、求解复杂等问题,提出了一种基于净能力及二阶锥规划的分布式光储多场景协同优化调度策略。通过引入储能接入配电网后的功率转移分布因子,提出一种基于系统净能力的储能最优选址计算方法;综合考虑储能的运行特性和分布式光伏的出力不确定性,建立以系统日综合成本和削峰填谷为目标的分布式光储多场景协同优化调度模型;利用二阶锥松弛和Big-M法对潮流约束、储能运行约束进行处理,将原规划模型转化为混合整数二阶锥规划问题。以IEEE 33节点系统和西北某实际系统为算例进行仿真分析,结果表明所提方法能在降低负荷峰谷差和日综合成本、平抑负荷波动的同时,显著提高对分布式光伏的消纳能力,验证了所提方法的有效性和可行性。     

基于M法的主动配电网动态重构

配电网是以闭环设计开环运行，在重构时需要建立相应的结构约束，来保证配电网结构的完整性。利用改进环网编码策略对形成的孤岛划分，采用打捆(设置禁忌支路组解集)的方式避免不可行解的生成。以网损最小为目标函数，建立相关潮流约束，通过二阶锥规划和M松弛将模型转换为混合整数二阶锥规划模型。通过商业求解器YALMIP中的CPLEX建模工具对模型求解，并以IEEE 33节点为算例，验证了提出的重构方法的有效性和可行性。     

基于二阶锥规划凸松弛的三相交直流混合主动配电网最优潮流

主动配电网最优潮流模型是非凸模型,难以保证优化结果的全局最优性和可靠收敛,需要进行凸松弛以保证模型的可靠求解.该文提出考虑分布式电源、不同接线方式的有载调压器、交直流换流器等三相模型的二阶锥规划凸松弛模型,相比于Distflow模型的凸松弛,该文考虑相间耦合的影响,同时给出了分布式电源、有载调压器等元件的物理特性.采用二阶锥规划求解器求解,对比分析了不同条件下的计算精度以及不同求解器的计算效率.基于IEEE 13节点和IEEE 123节点的数值实验表明,当前优化结果能够较好地满足潮流约束,可作为最终控制结果,也可以作为非凸优化求解器初值以更快得到全局最优解.     

实现可靠自动转供的城市配电网改造规划

分析了目前中压配电网环网线路转供率不高的成因,提出了在中区内通过支路联络开关优化部分负荷的接入点、降低主干馈线负载率,以最小的改造代价即可满足转供安全校验条件的规划策略。以此构建了基于Distflow潮流的辐射状配电网馈线负荷均衡优化模型,满足馈线对"N-1"负荷校验约束及网络拓扑约束。通过二阶锥松弛技术对该混合整数非凸非线性规划进行凸松弛,使原问题转化为可高效求解的混合整数二阶锥问题进行求解。为验证该模型的可行性与有效性,采用68节点和34节点配电系统对该模型进行了仿真测试,表明仅通过重构的手段即可使馈线满足联络开关自动转供的要求,并在一定程度上提高了配电网运行的经济性。     

基于混合整数二阶锥规划的新能源配电网电压无功协同优化模型

考虑配电网运行的时序特性,以多时段功率损耗最小、电压偏离最小和电压无功优化中需求响应利用率最大化为多目标函数,建立分布式新能源配电网电压无功协同控制的多时段多目标动态优化模型。在对配电网无功补偿装置无功功率进行优化配置并充分利用实时的需求响应基础上,提出分布式电源(distributed generation,DG)环境下配电网电压无功多目标协同优化的混合整数二阶锥规划方法。在优化问题求解中,优化的决策变量包括离散型变量和连续型变量,而且潮流约束等式计算复杂性大。该文首先将潮流模型转化成锥规划模型,将潮流变量间复杂的关系以线性公式替代,而新变量则用特殊结构的锥集表示,从而简化了优化模型,使得优化问题转化为可高效快速精确求解的混合整数二阶锥规划模型。采用PGE的69节点配电系统测试的结果验证了所提出控制方法的可行性和适用性。     

考虑多种主动管理策略的配电网扩展规划

提出了主动配电网扩展规划的混合整数二阶锥规划模型,该模型以总的投资与运行费用最小为目标函数。文中考虑了4种主动管理措施降低规划方案成本及未来的运行风险,包括有载调压变压器调节、切机、切负荷及无功补偿。规划措施包括主动管理、新建线路、新建变电站、扩建变电站、新建分布式电源。配电网规划是一个混合整数非线性规划问题,再加对各种主动管理措施及未来不确定性的考虑,配电网规划问题求解变得相当复杂。基于配电网潮流方程及约束松弛技术,建立了配电网规划的二阶锥规划模型,并利用改进的IEEE 33节点系统及Miranda 54节点系统进行了算例验证。     

计及风电相关性的二阶锥动态随机最优潮流

可再生能源的大规模接入增加了系统运行调度中的不确定性。同时,实际运行中风电功率具有较强相关性,忽略这些因素将会带来较大的计算误差。目前二阶锥规划多应用于单个时间断面下的最优潮流,但只考虑单时段的最优潮流无法有效计及风电功率的不确定性以及相关性。而现有动态随机最优潮流缺乏对多维风电功率的准确建模,求解计算效率偏低,无法保证收敛性。针对以上问题,文中提出了计及风电相关性的二阶锥动态随机最优潮流模型。基于Pair Copula函数对多维风电功率进行建模,并通过凸松弛将非线性动态随机最优潮流模型转化为二阶锥规划模型,利用商业软件Gurobi结合改进三点估计法对模型进行求解。通过与传统模型以及不计及风电相关性的方案进行对比,验证该模型的有效性和实用性。     

基于混合整数二阶锥规划的三相有源配电网无功优化

三相有源配电网无功优化本质上属于非线性非凸规划问题,目前尚缺乏严格的有效求解方法。针对配电网辐射状运行特点,文中建立了基于支路潮流形式的配电网的三相无功优化模型,然后采用二阶锥松弛技术将原始优化模型转化为具有凸可行域的数学规划形式。考虑电容器等离散的补偿设备后,模型进一步扩展为含离散变量的混合整数二阶锥规划模型。该模型可被现有优化算法包高效求解。采用IEEE 33节点和IEEE 123节点系统进行算例分析,验证了所提出的方法的寻优稳定性和计算高效性。     

考虑多种调节手段的配电网经济运行优化

由于配电网中有功与无功功率存在强耦合关系,传统将有功、无功分别优化的处理方法无法让配电网处于最优经济运行状态,且负荷需求和分布式发电出力的不确定性也给配电网运行带来巨大挑战。基于此,以支路潮流模型为基础,提出一种考虑多种调节手段（包括有载调压变压器、电容器组、静止无功补偿装置、储能装置以及开关重构）的配电网两阶段鲁棒经济运行优化方法,并将非线性潮流约束进行二阶锥松弛,从而将经济运行优化模型转化为混合整数二阶锥规划问题进行有效求解。为解决负荷需求和分布式发电出力的不确定性,采用两阶段鲁棒优化方法,并通过列与约束生成（column-and-constraint generation,CCG）算法进行求解获得各调节措施的最优鲁棒运行策略。最后通过IEEE 33节点验证了所提模型的有效性。     

计及可再生能源与负荷高维时序相关性的主动配电网扩展规划

分布式可再生能源与负荷的相关性对配电网规划结果有着至关重要的影响。首先,以截断的R-Vine Copula模型为基础,建立多种负荷与分布式风、光发电的高维时序联合概率分布模型;然后,提出了一种两阶段随机配电网扩展规划模型和相对应的机会约束规划模型。在该两阶段模型中,第1阶段为配电网投资决策模型,以配电网总成本最低为目标确定合适的馈线、变电站和电容器的拓展和升级方案;第2阶段为多场景下的配电网运行模型,该阶段以网损和配电网维护成本最低为目标,以配电网安全运行为边界条件确定最优的运行方案。负荷和分布式电源的相关性和随机性由场景及其实现的概率引入模型中。考虑到基于场景的随机优化模型和机会约束模型的求解较为困难,提出了一种新的双线性Benders分解算法,能够有效地求解含有大量二阶锥潮流方程的随机优化模型。最后,以中国南通市某38节点配电网为例,验证了所提模型和算法。     

基于混合整数线性规划的含ZIP负荷有源配电网重构方法

随着分布式电源并网和负荷类型的日益复杂,传统配电网重构模型尚未考虑复杂的综合负荷模型。提出了考虑ZIP综合负荷模型的有源配电网混合整数线性规划方法。在辐射状配电网二阶锥潮流模型的基础上,通过线性回归法将ZIP负荷模型等效为ZP负荷模型,建立基于混合整数二阶锥规划的有源配电网重构模型。通过多面体近似将二阶锥约束进行线性化,建立基于混合整数线性规划的有源配电网重构模型。在三个不同规模配电系统的仿真结果表明,基于混合整数线性规划的有源配电网重构模型精度与基于混合整数二阶锥规划的几乎相同,但优化效率提高了15%~30%,具有较高的优化精度和效率。     

基于混合整数凸规划的含风力发电机组配电网无功补偿优化配置

提出一种基于混合整数凸规划的配电网无功补偿电容优化配置新算法。利用风力发电机组发电功率的多状态离散概率模型,以安装补偿电容所带来的经济效益最大为目标函数,考虑二阶锥松弛后的潮流约束方程和节点电压约束,对含风力发电机组的配电网中补偿电容器的安装位置和容量进行优化配置。基于二阶锥的凸多面体近似等价方法,将配电网无功优化问题描述为混合整数线性规划问题,利用更通用的求解器求得该问题的最优解。在含风电分布式电源配电网中分别对所提方法进行验证,仿真结果表明,该算法计算效率高,且能得到计及风电随机波动影响的最优方案。     

计及分布式电源接入的配电网重构

分布式电源的接入使得配电网重构需要考虑更多的安全因素。基于配电网支路潮流模型,建立以重构周期内网络有功损最低,以满足分布式电源接入下网络运行安全为约束的配电网重构。为有效求解该重构数学模型,利用凸松弛方法将原问题中二次项进行松弛,使之形成混合整数二阶锥规划形式,从而可利用YALMIP商业软件进行高效求解。最后,通过改进的IEEE 33节点测试系统进行仿真分析,并与现有基于粒子群算法及启发式算法的配电网重构方法进行对比,结果表明基于凸优化技术的重构结果不仅能够有效避免算法陷于局部最优,而且稳定性好、计算效率高。     

基于潮流线性化的分布式发电选址定容新算法

针对现有分布式发电选址定容模型存在的维度高、寻优困难、求解时间长等问题,提出一种基于潮流线性化的分布式发电选址定容方法。在实际配电网运行场景的基础上,综合考虑多利益主体竞争关系,建立计及风光投资商竞争关系的分布式发电选址定容双层规划模型;计及配电网参数特性,利用二阶锥松弛法针对模型非凸潮流约束进行凸松弛,进而将二阶锥非线性形式进行线性化近似,通过卡罗需-库恩-塔克(KKT)条件将下层模型等效转化为上层约束条件,最终将原模型转化为一个多目标线性数学规划模型,极大降低原始模型的求解复杂度。基于某乡镇11节点系统进行算例仿真,结果验证了所提模型及算法的有效性。