含VSC-HVDC交直流系统精确化离散最优潮流的研究

原对偶内点法在求解含电压源换流器的高压输电(Voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)的交直流系统最优潮流(Optimal power flow,OPF)问题时,有较高的效率与准确性,但是无法很好地解决含离散变量的OPF(如无功优化),而智能算法在解决此类问题时易于陷入局部最优解,同时计算时间过长。因此提出一种含离散惩罚函数的混合内点法算法。算法的主要思想是以内点法为框架,对连续变量进行优化,在当对偶间隙小于一定值时,对离散量的计算中引入罚函数,同时随着迭代量差值的变化随时调整罚函数的罚因子的大小。通过算例表明,该算法稳定性高,寻优能力强,能够很好地解决含VSC-HVDC交直流系统的离散变量的优化问题。     

计及VSC-HVDC的交直流系统最优潮流统一混合算法

进化类算法和内点法交替迭代的混合算法在求解含电压源换流器的高压直流输电(voltage source converter basedhigh voltage direct current,VSC-HVDC)的交直流系统最优潮流(optimal power flow,OPF)问题时由于截断误差的影响和VSC-HVDC控制方式的限制,容易发生振荡,因此提出一种基于差分进化(differential evolution,DE)和原—对偶内点法(primal-dual interior point method,PDIPM)的统一混合迭代算法。算法的主要思想是以DE算法为框架,对离散变量进行优化,在DE算法的每一次迭代过程中,采用PDIPM对每个DE个体进行连续变量的优化和适应度评估。由于采用PDIPM进行DE种群适应度评估,无需设定VSC-HVDC的控制方式,因此提高了算法的全局寻优能力。多个算例结果表明,该混合算法数值稳定性高,寻优能力强,能很好地解决含两端、多端、多馈入VSC-HVDC的交直流系统最优潮流问题。     

含VSC-HVDC的交直流系统内点法最优潮流计算

电压源换流器(voltage source converter,VSC)在稳态模型和工作原理上与传统高压直流输电(high voltage directcurrent,HVDC)的换流器有本质区别,因此传统的交直流系统最优潮流计算方法不适用于含基于电压源换流器高压直流输电(VSC based HVDC,VSC-HVDC)的交直流系统。讨论一种适用于原对偶内点法(primal-dual interior-pointmethod,PDIPM)和预测校正内点法(predictor-corrector PDIPM,PCPDIPM)解最优潮流的VSC-HVDC稳态模型。基于该稳态模型,将VSC-HVDC直流网络与交流系统结合起来,对交直流系统进行联立求解,并对多组算例进行仿真和分析,算例结果表明原对偶内点法在解决含VSC-HVDC的最优潮流问题的能力上,保持了传统内点法最优潮流的高效性,而在同样的条件下,预测–校正内点法迭代次数大大少于原对偶内点法。     

含VSC-HVDC的交直流系统多目标最优潮流

已有的多目标潮流优化模型和算法对含电压源换流器的高压直流输电(Voltage Source Converter Based High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)不再适用。针对VSC-HVDC的特点,提出了以有功网损最小、电压水平最好(即电压的偏移量最小)、系统的静态电压稳定裕度最大及供电能力最大同时作为优化目标,从而构建了含VSC-HVDC的交直流系统多目标最优潮流模型;针对此模型连续变量和离散变量共存的特点,提出了内点法和NSGA2算法相结合的交替求解算法,可获得多个Pareto最优解,并具有较高的计算效率。最后通过仿真算例验证了所提方法的有效性和高效性。     

含经VSC-HVDC并网海上风电场的交直流系统概率最优潮流

由于海上风速的不确定性,海上风电场并网会对电力系统最优潮流(OPF)产生影响,提出含基于电压源换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)并网海上风电场的交直流系统概率最优潮流计算模型。首先,利用非参数核密度估计拟合海上风速分布,建立海上风电场和VSC-HVDC的稳态模型;然后,基于拉丁超立方采样得到标准正态分布样本,利用等概率变换理论和Nataf变换技术得到具有相关性的输入变量样本;最后,采用原对偶内点法进行OPF计算,得到输出变量的样本,利用统计学方法得到输出变量的数字特征和概率分布。IEEE 14节点和IEEE 118节点系统仿真结果验证了算法的准确性和高效性。     

基于原对偶内点法含电压源换流器交直流系统可用输电能力计算

随着电压源换流器直流系统(VSC-HVDC)在电网中的推广和运用,快速、准确地计算含VSC-HVDC交直流混合系统可用输电能力(available transfer capability,ATC)具有重要的意义。基于内点法计算速度快、鲁棒性好等优点,考虑VSC-HVDC交直流系统灵活多变的运行控制方式等约束条件,将原对偶内点法(primal-dual interior-point method,PDIPM)应用于含VSC-HVDC交直流系统ATC的计算。首先研究含VSC-HVDC交直流系统的数学模型与稳态控制方式,其次建立含VSC-HVDC交直流系统的ATC求解模型,最后通过原对偶内点法对多组算例进行仿真和分析,验证所提模型的实用性和算法的有效性。     

含离散控制变量的大规模电力系统无功优化

提出了一种求解含离散控制变量的大规模电力系统无功优化的新算法，该方法通过对离散变量构造罚函数并直接嵌入非线性原对偶内点法中，以实现离散变量在优化过程中的逐次归整。文中对罚孙数处理离变量的原理以及其如何与原对偶内点法的直接结合进行了详细论述，并给出了一种新的数据结构以快速有效地求解高阶修正方程。从IEEE14节点到广东省538节点电网等几个不同规模系统的演算结果可看出，该方法可以有效地处理离散变量，而且具有较好的收敛性和精确性。     

基于自动微分技术的VSC-HVDC内点法最优潮流

根据电压源换流器–高压直流输电(voltage sourceconverter-high voltage direct current,VSC-HVDC)的稳态潮流模型,结合自动微分(automatic differentiation,AD)技术,提出一种基于原对偶内点法的交直流系统最优潮流算法。该算法利用高效的基于操作符重载的AD工具生成雅可比(Jacobian)矩阵和海森(Hessian)矩阵,减少了微分表达式推导和代码编写的工作量,提高了程序的开发效率。多个算例的仿真结果表明,该算法保持了传统原对偶内点法在解决含VSC-HVDC的交直流最优潮流问题上的高效性,且对VSC的不同控制方式组合均具有良好的适应性。     

基于零空间的现代内点最优潮流新算法

在约束条件苛刻时,现代内点法求解电力系统最优潮流OPF问题有时不收敛,为克服此不足,本文提出一种求解OPF问题的零空间内点算法。首先分析了现代内点法不收敛的原因;然后通过改进的原始对偶变量的修正方法和终止准则来保证迭代点的最优性和不等式约束的互补性;最后将所提方法用于求解5个IEEE标准算例。数值结果表明,所提算法与现代内点法求解OPF问题的结果一致,在约束条件苛刻时,本文算法具有更好的收敛性。     

基于内点法的电力系统无功优化

介绍了无功优化的基本概念,对各种无功优化算法进行了简单比较。对原对偶内点法的基本原理作了简单介绍,采用全网有功传输损耗最小作为目标函数,并采用二次罚函数的形式处理离散变量,对基于原对偶内点法的无功优化的模型进行求解。IEEE14—118节点标准测试系统上进行了数值仿真,证明内点算法具有良好的收敛性和鲁棒性。     

求解离散无功优化问题的精确连续化方法

提出了一种求解离散无功优化问题的新算法。该方法对离散变量进行二进制编码,从而将离散变量转化为若干0-1变量的线性组合,并将二进制变量约束转化为等价的互补约束,再利用非线性互补函数将互补约束转化为等价的非光滑方程,对其进行光滑化处理后,将原问题转化成可微的非线性规划问题,并采用非线性原对偶内点算法求解。此外,还对离散变量编码的原理以及应用原对偶内点法中遇到的求导难点进行了介绍,并通过几个不同规模试验系统的计算分析,验证该方法能有效处理离散变量,而且具有良好的收敛性和精确性。     

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。     

基于改进离散粒子群算法的电力系统机组组合问题

提出一种新的离散粒子群算法。结合改进的自学习策略优化粒子群算法适用于求解电力系统中的机组组合（unit commitment,UC）问题。算法将UC问题分解为具有整型变量和连续变量的2个优化子问题,采用离散粒子群优化和原对偶内点法相结合的双层嵌套方法对外层机组启、停状态变量和内层机组功率经济分配子问题进行交替迭代优化求...     

PCPDIPM based optimal reactive power flow model with discrete variables

This paper presents a new approach to deal with the optimal reactive power flow (ORPF) problem with the discrete control variables. First, a quadratic ORPF model based on augmented rectangular coordinates is established by treatment with the TLC branch; and then quadratic penalty functions are incorporated into the proposed model to handle the discrete control variables; at last, the predictor corrector primal dual interior point method (PCPDIPM) is used to implement the optimization.In the PCPDIPM based ORPF solution, the quadratic discretization formulation results in the constant Hessians that all have elements of 1, or −1, or the penalty factor, and mostly being zero, thereby accelerating the entire optimal process significantly. Experimental results are provided comparing the performance of the proposed discretization approach with that of the conventional one.     

求解离散无功优化的非线性原-对偶内点算法

针对无功优化计算中离散变量和连续变量共存问题,提出用直接非线性原一对偶内点法内嵌罚函数的新算法。通过对几个不同规模试验系统计算分析,并与Tabu搜索法求得的结果比较,证明了该方法是有效的,而且在计算速度、收敛性和优化精度上都优于Tabu搜索法。这使内点法在解决非线性混合整数规划无功优化的有效性和实用性方面更进了一步。     

系统分解协调算法的抽水蓄能电站优化调度

建立了包含抽水蓄能电站的电网统一调度优化模型,即以调度周期内火电燃料成本为最小目标函数,满足系统及各机组约束条件。利用系统分解协调思想,开发了一个结合拉格朗日松弛方法和粒子群优化算法的混合算法,将原优化问题分解为两层优化问题。上层拉格朗日算子优化利用次梯度算法求解,下层各子问题利用粒子群优化算法求解,经过迭代寻优得到最优对偶解后,利用一个启发式算法求得满足系统约束及各机组运行约束的原问题的可行解。最后通过算例验证了模型的合理性及算法的有效性。     

含风电系统的无功优化调度

针对恒速恒频和变速恒频两类控制模式对风电机组分别进行建模,以系统有功网损最小为目标,以常规发电机和恒电压控制模型风机的无功出力、变压器抽头位置和投入的电容电抗组数为控制变量,建立了含风电系统的无功优化模型。采用原对偶内点算法进行求解,对于模型中的离散变量,提出了优化归整轮流迭代的方法来进行处理。对海南电网汛小方式的算例分析表明,该无功优化模型和方法可以明显地降低系统网损和系统运行成本。     

基于定常海森矩阵的配电网三相最优潮流模型

含有高比例分布式电源和多种离散可调设备的主动配电网最优潮流问题,实质上是一种非凸、非线性混合整数优化问题,这类问题的求解速度较慢。文中提出了基于定常海森矩阵的配电网三相最优潮流模型,模型中考虑了三相变压器、具有三相耦合特性的分布式电源、分相调压器等设备的二次模型,以保证海森矩阵为常数。通过增加支路电流为待求变量,提出直角坐标系下三相变压器的二次模型,使优化模型的海森矩阵为常数阵,从而降低最优潮流的计算时间。构建了计及分布式电源三相功率耦合特征的配电网三相最优潮流模型,比较了二次罚函数和高斯罚函数对离散控制变量的处理效果,并应用预估—校正原对偶内点法对优化模型进行求解。同时,提出加入调压器的二级迭代最优潮流策略,从而进一步优化目标值。最后,通过算例验证了所建模型与所提方法的正确性与有效性。     

基于扰动KKT条件的原始-对偶内点法和分支定界法的最优潮流研究

针对严格最优潮流模型的精确求解提出了一种新算法。新算法将基于扰动KKT(Karush-kuhn-Tucker)条件的原始-对偶内点法和分支定界法巧妙结合。运用分支定界法的分支处理对离散变量进行整数逼近．同时采用基于扰动KKT条件的原始-对偶内点法求解系列松驰问题,然后通过剪支处理和逐层定界达到收敛．实现了精确求解严格最优潮流的目的。此外。新算法将原问题的可行域进行逐步细分实现了全局寻优性。通过对IEEE14-118节点测试系统的数值仿真和不同算法的比较分析．证明了该算法是行之有效的。