大规模校正性安全约束最优潮流问题的近似牛顿方向分解协调算法

提出了在大规模安全约束最优潮流(Security-constrained Optimal Power Flow,SCOPF)问题下应用近似牛顿方向(Approximate Newton Directions,AND)分解协调算法。该算法利用近似牛顿方向直接对原问题Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件解耦的思想,将校正性安全约束最优潮流问题分解为一个正常运行状态子问题和N个故障状态子问题,N为预想故障数。分解的每个子问题只迭代1次而不用求其最优解,避免了参数的人为调整,极大地提高了计算效率。对1 047节点424个预想故障、高达4 559 128个原-对偶变量的实际系统进行计算,结果表明所提算法具有良好的适应性和稳定性,不仅显著地减少了占用内存,而且在串行求解时CPU时间下降了3~6倍,在并行计算条件下可获得10~30倍甚至200倍以上的加速比,并保证所得最优目标值与准确值的误差在10~(-8)以下,确保了分解协调结果的最优性。     

水火电力系统经济调度的一种新的分解和优化方法

根据水电系统运行的特点本文导出一种水火经济调度的新的分解和优化方法,即λ迭代加动态规划法。首先将电力系统的全局优化问题分解为纯火电和纯水电的子问题。其次,火电再按时间和空间分解法分解为单个火电厂小子问题,水电按空间分解法分解为单个水电厂小子问题。文章介绍了一种实用的分解协调计算方法,并对一个由六个水电厂和五个火电厂构成的实际电力系统进行了计算。计算程序中考虑了网损微增率的修正和水头变化。计算结果表明,方法是实用的。     

大规模水火电力系统最优潮流的现代内点理论分析

基于原始问题的扰动的Kamsh KuHN Tucker条件，推导出一种求解水火电力系统最优潮流（HTOPF)问题的现代内点算法。沿着内点法的中心方向将该算法成功地扩展于求解次最优的HTOPF问题时(A—HTOPF)。与HTOPF相比，A—HTOPF不仅在求解大规模系统问题CPU时间下降1～2倍，而且在大多数情况下，可以保证所得最伏目标值的精度高于99％。     

计及潮流约束的水火电力系统机组组合问题的分解–协调算法

针对传统机组组合研究中因模型不够完善、约束过于简化而引起的计算准确度低和系统安全性差的缺陷,建立了考虑潮流方程和水电精确出力的水火机组组合(hydrothermal unit commitment,HTUC)模型。围绕该模型,文中首先采用广义Benders分解算法将其划分为一个混合整数线性规划主问题和一个非线性规划子问题;然后将该子问题按时段进一步分解为T个规模较小的子问题,T为调度周期。其中,主问题对应于传统的水火联合调度(hydrothermal scheduling,HTS),子问题则是包含电压、无功等变量的约束潮流(constrained power flow,CPF)。主子问题之间通过可行割进行协调,并以交替迭代的方式获得原问题的解。最后对含有46台火电机组、8个梯级水电厂的IEEE 118节点系统进行计算,测试结果表明所提算法能在较少的时间内获得高质量的解,从而为大规模机组组合问题的求解提供参考。     

水火电力系统短期实用化调度模型及求解方法

以某电网的大型水火电力系统为研究对象,从节能降耗及与生产实际接轨的角度出发,基于水火电力系统的解耦机制,将水火联合调度问题建模为2个具有优化时序的子优化问题。在火电优化子问题中,在考虑常规约束的基础上,提出火电机组出力升降走向约束及相邻时段火电总负荷波动阈值约束,以保证火电机组出力平滑;在水电优化子问题中,考虑水电厂日平均出力约束及振动区约束,以保证水电的充分利用。采用改进的具有柔性更新策略的教与学优化算法依次求解2个子优化问题,并针对2个子优化问题中呈现强耦合性的复杂约束,设计不同的启发式约束处理方法。对含有15座火电厂和29座水电厂的某水火电力系统的日前调度进行仿真测试,验证了所提调度模型的可行性和实用性及求解方法的有效性。     

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。     

基于广义主从分裂理论与配电网相协同的输电网规划方法

基于广义主从分裂理论提出与配电网相协同的输电网规划方法。以输电网投资成本、输电网运行成本与配电网运行成本之和最小为目标函数,考虑配电网网络约束及分布式电源,基于Karush-Kuhn-Tucker(KKT)最优性条件对输配耦合约束条件解耦,将原问题分解为输电网优化子问题与配电网优化子问题。引入计及电压幅值的直流潮流方程,使得在基于直流潮流的输电网规划模型中也能计算电压幅值,从而支撑输配协同优化计算时的变量交互。采用Benders分解混合异质分解算法的有效求解策略。以中国某省级输配电网为算例,对比传统输电网规划方法,验证了所提规划方法的有效性与优越性。     

大型水火电力系统最优运行的分解协调原理

本文介绍大型水火电力系统最优运行的几种分解协调方法，即λ-DP(动态规划)法，γ-DP法 ，λ-γ法和γ-λ法。数学模型考虑了网损和水电厂水头的变化，但不包括梯级水电系统。 由于后一问题的复杂性将单独讨论。     

考虑复杂振动区特性的梯级水火电低碳机组组合模型与算法研究

该文建立了考虑电力系统低碳运行和水电复杂振动区特性的梯级水火电系统中长期机组组合模型。以传统水火电机组组合模型为基础，引入并数学证明了根轴法构建梯级水电出力的多项式函数来模拟梯级水电厂振动区特性约束的可行性和正确性，并采用最大熵原理和凝聚函数理论实现集成化表征；接着，基于对水电振动区凝聚函数值“0-1-∞-1-0”变化特性的分析和数学证明，提出一种变换求解算法，利用多组类阶跃函数去逼近高维非线性的凝聚函数约束，提高求解效率。模型求解过程中不仅兼顾了稳定运行区和振动区的信息，而且避免了“维数灾”问题。最后以改进IEEE39节点系统和某省实际电网算例对所提模型和算法予以验证。     

基于互补机制的水火电力系统机组组合

针对水火电力系统短期发电计划中火电机组的开停机组合与水电调度问题解法复杂性,提出以水电发电量最大、耗水量最小和火电煤耗量最小且具有时序的3个优化子问题的发电调度模型,综合考虑一个调度周期内系统机组的运行状态。基于解耦的水火电力系统优化模型不仅可以确定水电的最佳放水策略,也可以体现水电和火电互补作用,充分提高水火电力系统联合运行的经济性。针对水电系统强非线性特点,采用新型随机全局优化仿电磁学算法进行求解,对火电系统则采用改进微粒群优化算法进行求解。通过一个具有3个体积水电站和5个火电厂的水火电力系统的仿真分析,表明以互补机制为理论基础的优化模型的正确性及算法求解的有效性。     

A complete decomposition and coordination algorithm for large‐scale hydrothermal optimal power flow problems

This paper presents a complete decomposition and coordination algorithm to solve large‐scale hydrothermal optimal power flow (HTOPF) problems. Based on the approximate Newton directions method, which decouples the first‐order Karush–Kuhn–Tucker conditions of the original problem, an HTOPF problem with cascaded hydro plants is decomposed into a thermal plant subproblem with independent optimal power flow solutions for each time period and a hydro plant subproblem combined with fixed and variable heads and cascaded plants issues. In order to verify the effectiveness of the proposed algorithm, numerical tests are performed on three large‐scale test systems with up to 3120 buses and 7 531 915 primal–dual variables over 168 time periods. Test results show that the proposed algorithm gives excellent performances in convergence and stability. It not only reduces memory usage significantly but also decreases CPU time by about 65–75%. With parallel computing, it is capable of achieving 10–20 times or even 1000 times speed without loss of optimality. © 2017 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

A decoupled solution of hydro-thermal optimal power flow problem bymeans of interior point method and network programming

This paper presents a new decoupled model together with a very efficient coordination algorithm to solve a hydrothermal optimal power flow (HTOPF) problem over a certain time horizon. Based on the Lagrange relaxation at the level of the KKT (Karush-Kuhn-Tucker) conditions of the primal problem, the HTOPF is decomposed into thermal plant subproblems formulated as OPF and hydroplant subproblems. To solve efficiently the thermal OPF subproblems, the warm-starting scheme has been incorporated into interior point quadratic programming (IPQP). As to the hydroplant subproblems, a united network flow model is presented in which a fixed head plant is treated as a special case of a variable head plant. The hydroplant subproblem can be formulated as a minimum-cost maximum-flow problem for which unit cost functions of hydroplants are defined exactly. A proposed variant of the partitioning shortest path algorithm has brought about a great speed up in the computation of the subproblems. The validity of the proposed method has been examined by solving the IEEE test systems and a Chinese power system consisting of 13 thermal plants and 12 hydro power plants; the last system is a large size problem such that it has 107712 primal and dual variables. Simulation results obtained are quite convincing     

无功功率优化的模糊负荷模型的研究与实践

提出了一种区域电网无功功率/电压最优化控制的模糊负荷数学模型,其目的是在当前时段内各负荷值的情况下使功耗最小.该模型利用[DW]分离划分为4个小问题,各小问题再经过[DW]分离划分为若干范围,降低了问题计算的复杂度.通过实例验证了该模型的有效性.     

多区域输电阻塞管理的拉格朗日松驰分解算法

提出一种新的基于增广拉格朗日松驰的区域分解最优潮流算法,将一个大的最优潮流问题分解成多个区域子问题,并用此算法求解多区域电力市场输电阻塞管理问题,与现有的其他方法相比,该算法的主要优点在于无需在原始网络模型的基础上增加任何虚拟发电机或负荷,通过将该算法与电力市场实时平衡机制相结合,多区域有力阻塞管理问题可以分解为单区域二次规划子问题。这些子问题可以顺序求解也可以并行求解。采用这一方法,所有的区域市场独立调度员在得到不到其他区域网络信息的情况下仍然可以相互协作消除网络阻塞,在这一过程中,惟一需要进行区域间交换的信息是与区域间“耦合”约束相对应的拉格朗日乘子,最后,通过分析3区域的IEEE RTS－96标准测试系统说明了该方法的有效性。     

孤岛微电网潮流的类奔德斯分解算法

在传统Newton-Raphson潮流算法中一般仅定义平衡节点、有功功率—电压节点、有功功率—无功功率节点这三类节点,难以直接使用传统Newton-Raphson潮流算法求解含下垂控制策略的微电网潮流问题。提出一种类奔德斯分解的潮流计算新方法,将采用下垂控制策略的孤岛微电网的潮流计算问题分解成传统Newton-Raphson潮流计算子问题和下垂节点更新子问题,通过两个子问题的交替迭代获取潮流解。该方法将一个复杂的原问题分解成了两个简单的子问题,实现了原问题的高效、快速求解。通过算例分析,验证了所提方法的可行性和有效性。     

Short-term hydro-thermal dispatch detailed model and solutions

An efficient method is described for the solution of the short-term hydro-thermal dispatch problem including optimal power flow (OPF) as the mathematical model of the thermal subsystem. This approach has the capability of taking into account the following effects: coupling of cascaded multichannel reservoirs, water time delays, reservoir head variations, load flow, and other constraints due to security and environmental considerations. The problem is decomposed into hydro and thermal subproblems which are then solved iteratively. An effective adjustment has been proposed to take into account the nonlinear relation between the two subproblems to speed up the convergence of the iterative process. In this adjustment, as well as in solving the thermal subproblem, equations of coordination and OPF are combined for better computational efficiency. On the basis of the proposed approach, four different methods, which differ in the degree of details in modeling the thermal system, have been tested and investigated. Numerical examples are included to demonstrate the advantages of the approach     

基于广义主从分裂的输配电网一体化分布式无功优化方法

大量分布式电源接入配电网后,输、配电网间无功电压关系更加密切,传统输、配电网无功优化孤立进行已不再合适。根据输、配电网运行管理的独立性,提出了一种基于广义主从分裂思想的输配电网一体化分布式无功优化方法。输配全局无功优化问题分解为输电网优化主子问题、各配电网优化从子问题及边界一致性判别问题。各子网无功优化子问题采用对偶规划类算法求解,离散变量采用罚函数法处理以保持增广拉格朗日函数的可微性。通过由对偶乘子构造的边界灵敏度实现输、配电网子问题间的解耦,输配电网控制中心间通过传递边界变量及其灵敏度信息实现分布式协调。对IEEE 30节点系统(输电网)和含多种分布式电源的IEEE 33节点系统(配电网)进行仿真,验证了所提方法的有效性。     

基于互补机制的水火电力系统短期节能发电调度

为充分提高水火电力系统联合运行的经济性,将减少非可再生能源的使用量及降低火电成本为主要目标的水火电力系统短期发电调度问题,转化为水力发电量最大、耗水量最小和火力发电燃料总耗量最小且具有时序的3个优化子问题。该优化模型不仅可确定水电的最佳放水策略和火电的最佳出力,还可描述水电和火电的互补作用,充分体现节能和效益的理念。针对水电系统具有强非线性的特点,采用改电磁学算法进行求解,对火电子系统则采用内点法进行求解。算例结果验证了该方法的有效性。     

一种求解最优潮流的组合算法

提出了一种基于现代内点（MIP）理论与退火选择遗传算法（AGA）的组合算法：将原总是去掉整数变量约束，形成一个非线性规划问题；通过赋予整数变量矢量不同的初值，形成一个非线性规划问题集合，将其看作是AGA的进化种群，以MIP求出每一个非线性规划问题的最优值作为它的适应值，通过AGA试探，找出最优个体，该个体整数变量和连续变量的取值即为原问题最优解中各变量的值，AGA与MIP二者取长补短既能精确处理整数变量，改善计算结果的质量，又保证了算法的计算速度；对AGA的改进提高了算法的收敛性能，增强了逃脱局部极值的能力。通过对IEEE 14－118节点系统的仿真计算验证了所提算法的有效性。