电力系统动态无功优化问题的快速解耦算法

由于在全天24个时段的动态无功优化模型中加入了变压器分接头和电容器投切开关的全天允许动作次数限制,当采用引入离散惩罚的非线性原对偶内点法求解时,其修正方程的维数会随系统规模的增大而急剧增大。该文指出其修正方程系数矩阵可具有箭形分块结构,可采用两种方法将其精确解耦为25个低维线性方程组。应用稀疏矩阵的三角分解技术可实现对它们的快速求解。一个实际的14节点系统和IEEE 118节点系统的计算结果表明,应用提出的快速解耦算法能在保证电容器和变压器分接头满足全天最大允许动作次数约束和运行约束的前提下,获得近似最优离散解,且具有较快的计算速度。     

最小化能量损耗的配电网络动态无功优化算法

提出了一种完整的配电网络非线性混合整数动态无功优化模型及数学优化算法.该模型以全天能量损耗最小为目标,其约束条件不仅包括了各个时间断面的等式和不等式约束,而且还包括了有载调压变压器分接头和可投切并联电容器组的动作次数约束.为此,提出采用非线性原对偶内点法内嵌变量离散化罚函数的方法求解该模型,所推导出的高阶修正方程具有特殊的分块矩阵结构,可以充分利用稀疏处理技巧以提高算法的速度及对配电网络规模的适应性.最后以广州鹿鸣网配电系统作为算例,分析不同动作次数限制对配电网络电容器最优投切结果的影响,验证了该算法的正确性和有效性以及在限制控制设备动作次数方面取得的成功.     

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...     

电力系统动态无功优化并行算法及其实现

由于全天24个时段的动态无功优化模型需要考虑变压器分接头和电容器投切开关的允许动作次数限制,当采用引入离散惩罚机制的非线性原对偶内点法求解时,其修正方程的维数会随系统规模的增大而急剧增大,但不难发现其修正方程系数矩阵具有对角加边分块结构,可将其解耦为25个低维线性方程组.从而提出一种粗粒度的并行计算方法,并在基于消息传递接口(MPI)机制的并行计算环境下实现.将所提算法应用于一个实际的14节点和IEEE 118节点系统的实践表明,它能够有效地提升计算速度,在大型电力系统中有着良好的应用潜力.     

基于解耦内点法与混合整数规划法的区域电网动态无功优化算法

动态无功优化在提高电网电压质量、降低网损和减少离散调压设备日动作次数方面具有重要作用,在数学上它是一个含绝对值约束的多时段大规模非线性混合整数规划问题,其高效求解是一个难题。为此,提出了一种基于解耦内点法和混合整数规划的动态无功优化两阶段算法。第1阶段,利用sigmoid函数处理绝对值约束以实现原模型的连续化,采用解耦内点法思想构建KKT修正方程的对角带边结构,实现了模型的时段分块解耦高效求解;第2阶段,将原模型在当前连续解附近线性化,构建涉及原模型所有约束条件的混合整数线性规划模型,由此决策出离散无功控制设备的优化解。通过某地区26节点的算例仿真,验证了本文算法的有效性。     

松弛MPEC和MIQP的启发–校正两阶段动态无功优化算法

为快速求解计及离散调节设备动作次数约束和电网安全约束的多时段动态无功优化问题,建立以有功网损最小为目标函数的混合整数非线性规划模型,并提出一种启发搜索加变量校正的两阶段求解方法:启发搜索首先将离散变量松弛为连续变量,形成一个带平衡约束的的优化模型,进而得到各个时段的连续优化结果,然后建立以方差最小化为目标并严格满足原模型中离散调节设备动作次数约束的整数二次规划模型,得到最优动作次数和离散归整结果;变量校正是固定启发搜索得到的离散变量优化结果,重新校正连续变量的优化量。通过IEEE 14测试系统详细讨论了无功调节设备的步长和动作次数对优化结果的影响;此外,IEEE 30、57、118节点测试系统的优化结果表明,所提方法能够快速得到优化结果,实现并行求解,且其精度可满足实际工程需要。     

考虑电容器动作次数的配电网无功优化解法

根据采用递归合并模式划分策略来启发式地考虑电容器动作次数约束,将时间段的无功优化近似解耦为若干子时间段的无功优化,子时间段数目即为约束的动作次数,挖掘并定义子时间段的期望特征网络,结合期望特征网络,建立物理意义更为明确的子时间段多目标无功优化模型,并采用自适应遗传算法来求解此无功优化模型,所有子时间段无功优化模型求解完毕即得到原无功优化模型的解。仿真算例验证了优化模型以及求解思路、算法的有效性。     

求解暂态稳定约束最优潮流模型的递推降阶解耦算法

利用微分代数方程离散化处理后其差分方程所具有的递推特性,结合内点算法修正方程计算,通过对内点修正方程的递推降阶解耦,把含多变量高维微分代数方程约束的电力系统暂态稳定约束最优潮流模型(transient stability constraints optimal power flow,TSCOPF)完全等价地转化为与传统最优潮流模型相同规模的问题来求解。新算法可以方便地应用于并行和分布式计算环境,从而极大地平衡原模型的计算量,提高求解速度。大规模TSCOPF算例结果显示了所提方法的有效性,可提高计算速度数十倍。     

计及设备动作次数约束与UPFC的无功优化算法

统一潮流控制器(UPFC)为电力系统无功优化提供了新的控制手段。针对实际工程中的新型拓扑,建立UPFC的多端注入功率模型和功率方程;基于将无功设备动作次数的约束还原成调节代价的思想,提出一种只含连续变量的基于原-对偶内点法的两阶段无功优化算法。南京西环网等值系统的算例测试结果表明,所提算法具有较高的计算精度和求解效率,可以有效减少无功设备的动作次数。     

大电网动态无功优化的快速解耦算法

建立电网的完整动态无功优化模型是一个计及设备动作次数约束并考虑变量离散化特性的非线性混合整数规划问题。由于其修正方程系数矩阵具有可分块结构特点,对此系数矩阵采用块矩阵解耦求解,能够在一定程度上解决大电网计算时的＂维数灾＂问题。上述计算的关键点是对修正方程系数矩阵的计算存储及对系数矩阵进行三角分解结果的计算存储,对此提出对系数矩阵进行两次三角分解的方法,大大地降低大电网计算的数据存储量。以一个实际的14节点供电系统、某省级538节点系统和IEEE 118节点系统作为算例,计算结果表明,所提出的算法能有效地解决大电网的动态无功优化＂维数灾＂问题。     

考虑相邻时段投切次数约束的动态无功优化启发式策略

在开关日动作次数约束基础上,考虑分接头挡位的相邻时段动作次数约束,建立了一种更加实用的动态无功优化新模型。按照"先投先切、后投后切"原则,将同一母线的多个电容器组等效为1个集中变量,并根据其中的电容器组个数来确定等效变量的动态约束值。由此,既满足了电容器的实际动态约束,又减小了模型的变量规模。在求解动态无功优化问题时,以混合智能算法为基础,提出处理动态约束的启发式调整策略,采用稀疏技术,有效提高了算法的效率。IEEE14与IEEE30节点系统和一个实际系统的仿真结果验证了所述模型的正确性和算法的有效性。     

极坐标形式的暂态稳定约束最优潮流的简约空间内点法

暂态稳定约束最优潮流是协调电力系统运行动态安全性与经济性的有效措施。针对直角坐标及混合极坐标模型存在形式复杂、不易实现的问题,建立了极坐标形式的暂态稳定约束最优潮流模型。该模型将潮流方程及转子运动方程统一到极坐标形式下,简洁明了,便于记忆及编程。为提高求解速度,采用了原始-对偶内点法和简约空间技术相结合的简约空间内点法。这一方法非常适合于自由度小的大规模暂态稳定约束最优潮流问题,它缩减了求解修正方程所耗用的时间,提高了计算效率,降低了内存消耗。对9节点至300节点等五个系统的计算表明了所提方法的鲁棒性、高效性。     

地区供电系统的电压无功全局优化控制

针对电力系统无功优化中电容器组和有载调压变压器可能受负荷变化影响而出现频繁动作,影响设备使用寿命的问题,对计及设备动作次数的动态无功优化模型进行了研究,将动作次数约束转换成设备调节代价,并与电能损失费用共同构成目标函数。使各时段的优化不再相关。得到从时段上解耦的动态无功优化模型。同时采用非线性原对偶内点法对该模型进行求解。算例结果表明,该模型和算法能在避免设备频繁动作的前提下降低全天有功网损、提高电压质量。且求解模型的时间满足实时运行的要求。     

大电网潮流修正方程并行求解实现方法

针对智能电网调度控制系统对大规模潮流快速计算的需求,充分利用现有系统计算资源,提出了一种适用于共享内存编程模型的潮流修正方程多路多核并行实现方法。利用C++标准容器,简化了稀疏矩阵的存储和遍历,并基于图论和共享内存编程模型,对因子分解过程进行并行化改造,实现了潮流修正线性方程的并行求解。最后,对比智能电网调度控制系统调度员潮流软件,进行了分析测试。测试结果表明,随着计算规模的增大,所提出的实现方法计算效率越高,验证了方法的实用性。     

配电网动态无功补偿的整体优化算法

提出了考虑开关动作次数约束和一天中系统能损最小为目标的混合整数配电网无功补偿动态优化模型.采用模拟植物生长算法同时从时间和空间两个角度对目标函数进行整体优化,避免了将其分解成动作时间和投入容量两层优化问题进行求解.通过对约束条件的巧妙处理,加快了算法的寻优速度.给出了满足动作次数限制约束的IEEE 69节点系统全天电容器投切的整体优化方案,分析了最大动作次数取值的变化对动态无功优化结果的影响,并且与不计动作次数限制的优化结果进行了比较.算例结果显示了所提方法的正确性和有效性.     

基于预条件处理GMRES的不精确牛顿法潮流计算

结合大规模电力系统修正方程组高维超稀疏性以及短向量的特点,提出以Krylov子空间方法研究电力系统方程计算问题.针对牛顿法潮流计算,采用预条件处理的GMRES方法求解高维稀疏的修正方程组,提出一种完整的基于预条件处理GMRES的不精确牛顿潮流算法,设计实现不同的预条件子,并以此为基础详细比较各类预条件子的预处理效果.通过对IEEE30、IEEE118和多个合成的大规模电力系统进行潮流计算,结果表明ILU预条件子比其他预条件子需要更少的迭代次数和浮点运算次数,当系统规模达到3000节点左右时,基于ILU预条件子的不精确牛顿法与传统的LU直接分解法相比,浮点运算次数减少了50%,内存使用量减少了将近10%,并且随着系统规模的增大,浮点运算次数基本上保持在LU直接法的50%左右,对大规模电力系统的潮流计算极为有利.     

大规模交直流系统潮流计算的实用化模型

给出了一种不发散的大规模交直流系统潮流计算的实用化模型.通过在交直流潮流方程组引入一组松弛量,将常规的潮流计算转换为松弛量平方和最小的非线性规划模型.在该模型中引入不等式约束以反映运行约束及直流控制方式.采用内点法求解该模型,减少修正方程的维数,使之与牛顿-拉夫逊潮流计算修正方程具有完全相同的维数,而且修正方程的系数矩阵具有对称正定特性.采片j近似最小度(approximate minimum degree,AMD)算法与改进平方根分解法来求解修正方程以提高程序计算速度.该模型具有如下特点:无需特殊的初值计算环节:能够适应具有大量小阻抗与负阻抗支路的系统;在潮流有解、潮流无解、可行域边界附近具有良好的、一致的收敛性.在6891节点含8同高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)线路的测试系统的潮流计算中验证了所提算法的有效性和高效性.     

计及控制设备动作次数约束的动态无功优化算法

将全天各负荷母线的有功和无功变化曲线分为24个时段,用控制变量的数学表达式描述有载调压变压器分接头和可投切并联电容器组的动作次数约束,提出了完整的非线性混合整数动态无功优化模型,并提出采用非线性原对偶内点法内嵌罚函数的方法求解该模型.在优化过程中较好地解决了变量离散化和控制设备动作次数限制之间的配合问题.以一个实际系统作为算例,分析了不同最大动作次数约束取值对动态无功优化结果的影响,并与单点静态优化计算结果进行了比较,以比较结果验证了该算法的正确性和有效性及在限制控制设备动作次数方面取得的成功.     

电力系统动态无功优化模型的实用化研究

针对传统动态无功优化存在的问题,提出一种动态无功优化问题的实用化模型。该模型从控制设备动作次数定义出发,通过预优化后,将全天设备动作次数约束分解为每时段的设备动作次数约束,从而将完整的动态无功优化模型转化成与常规单个时间断面的静态无功优化模型相同的表达形式;利用内嵌罚函数的非线性原对偶内点法作为其优化算法。采用IEEE118节点系统作为算例来验证该模型的正确性,计算结果表明所提模型能在满足最大允许动作次数约束的前提下获得优化解,且可以明显提高计算速度。     

计及主变上层油温约束的受端电网转供优化模型

为实现迎峰度夏期间高温、重载主变的主动防护和控制,该文提出一种计及主变上层油温约束的受端电网转供优化模型。首先分析自然天气条件下主变上层油温的等效热模型及热阻参数计算式,在此基础上建立人工降温措施下变压器上层油温的等效热模型,并推导了当前运行点主变油温变化量的线性化方程;再将主变上层油温与负荷的关系曲线分段线性化,构建不同降温措施下主变上层油温的线性化约束;结合主变上层油温、有功功率平衡和电网辐射型结构等约束,以电网运行方式调整的开关动作次数最少为目标,提出计及主变上层油温约束的受端电网转供优化模型。该模型为二次整数规划问题,采用CPLEX工具箱进行求解。最后,通过某实际220k V/110k V受端电网进行仿真分析,验证了文中模型的有效性。