A method for voltage stability‐constrained optimal power flow (VSCOPF)

This paper presents a novel formulation for solving optimal power flow (OPF) problems with voltage stability constraints. The proposed Voltage Stability Constrained OPF (VSCOPF) formulation is based on voltage sensitivity with respect to total load demand representing the gradient of the P‐V curve at the operating point. In the formulation, voltage constraints are given by a set of equality constraints which must be satisfied by the voltage sensitivity. Since the voltage stability constraints retain a sparse matrix structure, the method based on the proposed OPF formulation may effectively solve large‐scale problems. The feasibility and effectiveness of the proposed method are demonstrated on test problems with 2‐, 49‐, and 2312‐bus systems. © 2002 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 142(2): 29–39, 2003; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10125     

旋转备用的经济分配及其内点法实现

在最优潮流中,发电机组出力通常是独立变量,然而系统的旋转备用约束增加了发电机组出力间的耦合关系。基于非线性内点法针对实时旋转备用最优分配问题提出了一种解耦算法,使得发电机约束矩阵和网络约束矩阵在最优潮流中能够单独进行得到。进一步推导得到一个降阶的KKT(Karush-Kuhn-Tucker)系统,其规模由网络自身大小决定,仅通过修改扩展海森矩阵元素即可计及旋转备用约束的影响,并使用先进的超级稀疏技术全面分析、研究了该降阶KKT系统的稀疏结构。该算法涉及的旋转备用也包括了切负荷。     

基于改进多中心校正解耦内点法的动态最优潮流并行算法

基于改进的多中心校正(MCC)和解耦技术,提出一种求解动态最优潮流(DOPF)的并行算法。结合内点算法(IPM)框架与DOPF修正方程的分块箭形结构,给出修正方程的并行解耦-分解-回代解法。并结合这一解法特点,提出动态步长拉大技术及自适应最大校正次数技术,以单次迭代计算量小幅增加为代价,换取迭代步长的增大,迭代点中心性的提高,总迭代次数和计算时间的显著减少。解耦技术的使用,使得所提算法的核心计算都可并行完成。6～118节点系统的串行仿真结果表明,算法具有很好的鲁棒性和收敛速度,在多核集群系统上的并行仿真表明,算法具有理想的加速比和可扩放性,适合求解大规模的DOPF问题。     

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。     

基于非线性内点法的安全约束最优潮流(二)算法实现

提出一种考虑多预想事故的安全约束最优潮流内点算法实施方案.讨论了预想事故集中,起作用预想事故的监视与强制策略及不可行预想事故的辨识.根据简约KKT(Karush-Kuhn-Tucker)系统的带边列分块对角特殊结构,推导了内点安全约束最优潮流的一种分解协调实施算法.为保证预想事故扫描对安全约束最优潮流的支撑,提出了一种能量管理系统中安全约束最优潮流和静态安全分析模块间的衔接和交互方案.算法在IEEE 14节点等4个系统上,对全部非解列型开断事故进行了大量的计算,结果表明,算法有效、可靠.安全约束最优潮流解与经典最优潮流解在安全性和经济性上的比较则显示了将静态安全约束引入经典最优潮流的必要性.     

基于树木生长算法的含UPFC的最优潮流计算

最优潮流(OPF)计算是一个非凸优化问题,统一潮流控制器(UPFC)的引入增加了OPF问题的非凸程度,使得基于内点法的传统优化算法难以获取全局最优解。文中提出基于树木生长算法(TGA)的计及UPFC的最优潮流计算方法,将发电成本与有功网损、电压偏移加权作为目标函数,并考虑网络与UPFC设备的安全运行约束,优化了OPF模型。最后基于IEEE 30节点系统以及南京西环网116节点实际系统进行算例测试,对比TGA、粒子群与内点法的结果,并使用蒙特卡洛方法对不同的启发式算法分别进行50次计算,验证了TGA具有更好的求解精度与鲁棒性。     

求解大规模水火最优潮流问题的近似牛顿方向解耦算法

分解后计算效率低和解的最优性差一直是困扰大规模水火最优潮流(HTOPF)研究与应用的两个关键问题。针对这些问题,提出了一种求解HTOPF的精确高效的解耦算法。基于近似牛顿方向直接对原问题KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件解耦的思想,将含梯级电厂的HTOPF问题分解为火电问题和水电问题。火电问题分解为单时段最优潮流问题,并进一步划分为多区域子问题;根据水电厂类型的不同将水电问题分解为单个固定水头、单个变化水头水电厂子问题以及梯级水电厂群优化子问题。求解过程中,每个子问题只迭代一次而不用求其最优解,极大地提高了计算效率。仿真计算结果表明:所提算法具有良好的适应性和稳定性,不仅显著减少了内存占用,而且在串行求解时CPU计算时间缩短了3~4倍,在并行计算条件下可获得10~20倍甚至1 000倍以上的加速比,并保证所得最优目标值与准确值之间的误差在10-8以下,确保了分解协调结果的最优性。     

一种带动态修正加速策略的最优潮流内点算法

采用了一种新的动态修正迭代步长的加速收敛策略,提高了原一对偶内点算法解算电力系统最优潮流问题的收敛性能.对IEEE14、30、118节点测试系统进行了数值试验,并与牛顿法和不引入该修正策略进行了比较.表明了本算法良好的数值稳定性、较强的处理不等式约束的能力,优化结果精确,充分显示了内点算法应用于大规模电力系统优化问题的实用性.     

基于稀疏技术的原对偶内点法电压无功功率优化

文章结合电力系统的稀疏特性,提出了一种基于稀疏技术的原对偶内点法电压无功优化控制数学模型,并给出了提高原对偶内点法计算速度的措施。     

A Hybrid Current-Power Optimal Power Flow Technique

An equivalent current injection (ECI)-based hybrid current-power optimal power flow (OPF) model is proposed in this paper, and the predictor-corrector interior point algorithm (PCIPA) is tailored to fit the OPF for solving nonlinear programming (NLP) problems. The proposed method can further decompose into two subproblems. The computational results of IEEE 9 to 300 buses have shown that the proposed algorithms can enhance the performance in terms of the number of iterations, memory storages, and CPU times.     

含大型风电场的电力系统多时段动态优化潮流

大型风电场的并网对电力系统的优化运行提出了新的挑战。该文对含风电场的电力系统优化潮流问题进行了研究，建立了多时段动态优化潮流模型，为了考虑风速随机变化的特点，提出了分时段策略，将风机在每个时段输出功率的期望值用于优化潮流的计算。文中对现有含风电场的潮流计算方法进行了分析，推导了异步风力发电机的无功－电压特性方程，在此基础上提出了含风电场的潮流计算新方法，并将其应用于提出的动态优化潮流模型中。算例表明该方法是有效的，具有一定的实用性。     

考虑输电网功率因数的无功优化内点算法

建立了一种考虑输电网功率因数的无功优化模型,并分析了相应的现代内点算法。通过引入输电网功率因数约束,并在等式约束中增加线路传输功率约束,显著降低了求解过程中高阶修正方程系数矩阵的非零注入元素数目,为求解含大规模复杂不等式约束的问题提供了全新的思路。对多个测试系统进行计算的结果表明,算法能显著提高输电网功率因数,计算迅速且收敛性好,满足在线运行要求。     

具有变量范围约束的潮流算法在OPF中的应用

提出一类新的电力系统最优潮流(OPF)算法.运用函数变换法模拟变量不等式约束,建立具有变量范围约束的潮流方程,并将目标函数与其上限值构成优化目标方程,与变量范围约束潮流方程一起组成扩展的变量范围约束潮流方程.该方程为非线性不定方程组.逐次收缩目标函数上限值,运用广义逆矩阵和牛顿-拉夫逊法求解,将OPF问题转化为一系列求解非线性不定方程组的一维优化逼近过程.介绍了以最小发电费用为目标的潮流优化问题和以最小有功网损为目标的无功优化问题的新算法,通过实例验证了算法的实用性.     

含暂态能量裕度约束多故障最优潮流计算

借助暂态能量裕度对发电机有功和无功出力的解析灵敏度，将暂态能量裕度约束直接加入最优潮流模型中，建立含暂态能量裕度约束多故障最优潮流逐次线性规划模型，采用单纯形法求解，取得了较好的效果。此外，还提出了根据大步长单故障最优潮流近似计算获得的暂态能量裕度进行故障扫描方法，并寻找到同一失稳模式下影响系统稳定的关键故障，验证了满足关键故障稳定性要求的最优潮流解可以同时满足同失稳模式下的其它故障的稳定约束。新英格兰10机39节点系统的最优潮流及暂态稳定计算验证了所提方法的有效性。所有优化结果均用一个在电力系统中广泛使用的暂态稳定仿真程序进行了验证。     

Numerical experiments with an optimal power flow algorithm based onparametric techniques

This paper presents the results of numerical experiments with a new optimal power flow (OPF) algorithm based on a parametric technique. The approach consists of relaxing the original OPF problem by incorporating parametric terms to the objective function, the equality and inequality constraints. Such relaxation assures that any arbitrary initial solution, feasible or unfeasible, be the optimal solution of the OPF problem. As the scalar parameter changes, a family of OPF problems is created, whose necessary conditions are solved by Newton's method. An efficient strategy is proposed for updating the parameter and the optimal set of active inequality constraints of each intermediate problem. Two applications of the methodology are reported: the economic dispatch problem and the minimum transmission loss problem. These problems were solved for an 810-bus and a 2256-bus equivalent network of the South/Southeast interconnected Brazilian power system. The results show that the parametric approach is robust and efficient when applied to large-scale OPF problems     

On a nonlinear multiple-centrality-corrections interior-pointmethod for optimal power flow

Large scale nonlinear optimal power flow (OPF) problems have been efficiently solved by extensions from linear programming to nonlinear programming of the primal-dual logarithmic barrier interior-point method and its predictor-corrector variant. Motivated by the impressive performance of the nonlinear predictor-corrector extension, in this paper we extend from linear programming to nonlinear OPF the efficient multiple centrality corrections (MCC) technique that was developed by Gondzio. The numerical performance of the proposed MCC algorithm is evaluated on a set of power networks ranging in size from 118 buses to 2098 buses. Extensive computational results demonstrate that the MCC technique is fast and robust, and outperforms the successful predictor-corrector technique     

基于内点割平面法的混合整数最优潮流算法

提出了一种采用内点割平面法求解混合整数最优潮流(OPF)的算法。该算法循环执行3个步骤：①求解OPF的可行解并将其线性化；②从线性内点法的最优解中判断基变量；③根据基变量产生混合整数割平面。与单纯形割平面法相比，内点割平面法不仅简单易实现，计算效率高，而且随着问题规模的增加，更能发挥其多项式时间特性的优点。文中还对退化问题的处理以及稀疏技巧的应用进行了深入的讨论。通过对IEEE典型系统的数值仿真计算显示出所提算法对于大型电力系统最优潮流问题的精确求解是非常有效的。     

含广义统一潮流控制器(GUPFC)的最优潮流模型和算法研究

广义统一潮流控制器(GUPFC)作为比统一潮流控制器(UPFC)控制能力更强大的FACTS装置，其对最优潮流(Optimal Power Flow)的影响需要深入地研究。根据GUPFC的控制原理，基于功率注入法建立了含GUPFC的OPF数学模型，并采用基于信赖域内点法的最优潮流算法予以求解。该算法采用多步中心校正原一对偶内点法连续求解线性规划子问题，通过信赖域决定线性化步长的选取。对IEEE30和118节点系统作了数值计算，结果表明，GUPFC不仅可控制节点电压而且可控制多条线路潮流，显示出强大的控制能力，同时也说明了含GUPFC的OPF数学模型和算法的可行性和有效性。     

大电网动态无功优化问题的快速解耦算法研究

动态无功优化模型是计及设备动作次数约束并考虑变量离散化特性的一种非线性混合整数规划问题.根据修正方程系数矩阵具有可分块结构的特点,利用块矩阵解耦算法求解,指出其关键点是对修正方程系数矩阵的计算存储以及对系数矩阵进行三角分解结果的计算存储,提出对系数矩阵进行2次三角分解,即以时间换取空间的处理方法,实现对大规模电网的动态...