基于混合整数二阶锥规划的动态无功优化方法

动态无功优化对提升电力系统的安全经济运行水平有着重要意义。然而,它是一个多时段紧密耦合的非凸非线性混合整数规划问题。为高效、高精度地求解该问题,文中提出了基于混合整数二阶锥规划(MISOCP)的动态无功优化方法。该方法通过将非凸的交流潮流方程近似转化为凸的二阶锥约束及采用一般不等式约束等效替代绝对值约束,在高精度地反映交流潮流物理规律的同时,将原非凸的混合整数规划问题转化为凸的MISOCP问题,从而大大降低了求解的复杂度。通过求解MISOCP模型,能够高效地得到动态无功优化的高精度解。基于IEEE-30节点系统和IEEE-118节点系统的算例分析验证了所提出方法的有效性和鲁棒性。     

计及FACTS装置的可用输电能力计算

利用功率注入法,建立广义统一潮流控制器(generalized unified power flow controller,GUPFC)和线间潮流控制器(interline power flow controller,IPFC)的数学模型。将GUPFC和IPFC的目标控制约束及运行约束即内部功率平衡约束和考虑等效功率注入模型的潮流约束嵌入到最优潮流计算模型中,得到计及GUPFC和IPFC的可用输电能力(available transfer capability,ATC)计算模型,并利用跟踪中心轨迹内点法对模型进行求解。IEEE-30节点系统的仿真计算显示GUPFC对节点电压和多条线路甚至某一子网络潮流的灵活控制能力及IPFC对线间潮流的合理分配能力;同时验证模型和算法的有效性和可行性。     

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。     

考虑柔性交流输电系统设备控制的校正型安全约束最优潮流

为提升安全约束最优潮流调度的经济性与安全性,提出一种基于直流潮流的考虑柔性交流输电系统(FACTS)设备控制的校正型安全约束最优潮流模型。在线路故障发生后,通过FACTS设备校正措施,将线路潮流控制在其容许范围内。由于所提模型为大规模的非凸、非线性优化问题,难以直接求解,因此先采用大M法,将原非线性优化模型转换为混合整数线性规化模型,并采用Benders分解算法将转换后的模型分解为基态最优潮流主问题与N-1故障校验子问题。通过固定整数变量的方法,将非凸的混合整数优化子问题转换为线性规划子问题,从而能向主问题返回对应的Benders割。6节点系统与IEEE RTS-79节点系统算例验证了所提模型与算法的有效性。结果表明,考虑FACTS设备校正控制的安全约束最优潮流能有效提升调度运行的经济性。     

基于最优中心参数的多中心校正内点最优潮流算法

为加快最优潮流(optimal power flow,OPF)问题的求解,基于最优中心参数(optimal centering parameter,OCP)及改进多中心校正(improved multiple centrality corrections,IMCC)技术,提出一种求解最优潮流(optimal power flow,OPF)问题的新型快速内点算法(OCP-IMCC interior point method,OCP-IMCCIPM)。结合均衡距离–评价函数(equilibrium distance-quality function,ED-QF),给出最优中心参数评价模型,采用线性化技术对模型近似,以降低模型计算量。利用线搜索技术实现近似模型求解以确定最优中心参数,该参数使得所提算法具有更多的优势步和更少的迭代次数。IMCC技术可进一步拉大迭代步(尤其是非优势步)步长,实现算法更快收敛。14—1047节点系统的仿真结果表明,与其他多种内点算法相比,所提OCP-IMCCIPM算法具有更大的迭代步长和更快的收敛速度以及更好的计算效果。     

求解最优潮流问题的内点半定规划法

基于内点半定规划(semi-definite programming,SDP),提出一种求解最优潮流(optimal power flow,OPF)的新方法--SDP-OPF法。该方法将非凸OPF问题等价转换为半定规划问题,然后应用原始-对偶内点法求解。根据OPF半定规划模型的特点,采用基于半定规划的稀疏技术,使存储效率和计算性能得以大幅度提高。以4节点的简单电力系统为例,展示模型等价转换的过程及如何获取原OPF问题的解。IEEE-300节点等6个标准系统的仿真计算表明：所提算法具有超线性收敛性,其计算结果与内点非线性规划的结果一致,且能保证解的全局最优性,可在多项式时间内完成,是一种应用前景广阔的方法。     

利用凝聚函数代理非线性不等式约束的内点优化潮流算法

为加快电力系统优化潮流(optimal power flow,OPF)问题的求解,提出了利用凝聚函数法代理非线性不等式约束的优化潮流算法。鉴于优化潮流的数学模型中包括了大量的非线性不等式约束条件,尤其在计算大规模电力系统优化潮流时,对非线性不等式约束条件的处理耗费了大量的计算时间。文中将多个非线性不等式约束用一个凝聚函数代替,极大地减少了大规模电力系统优化潮流计算矩阵的维数,然后利用内点法进行求解。对IEEE大规模测试系统进行仿真,结果表明该混合算法具有收敛速度快、迭代迅速的优点。     

线间潮流控制器在江苏电网的应用研究

线间潮流控制器(interline power flow controller,IPFC)作为一种潮流调节能力强大的柔性交流输电(flexible alternating-current transmission system,FACTS)控制装置,能够动态控制电力系统的有功、无功、电压、阻抗和功角,对有着任意相角关系、属于不同系统的线路进行潮流控制,提高系统运行稳定水平。"十四五"期间,由于苏北大规模风电、光伏等新能源接入电网,江苏电网整体呈现"北电南送"趋势。当冬季新能源出力较大时,过江输电通道由于潮流分布不均,部分500 k V线路无法满足N-1、N-2校核。为此本文研究了IPFC在江苏电网的应用场景,提出了将IPFC安装于两条过江通道,协调两条通道潮流,提升过江断面潮流输送能力。随后通过在不同系统运行工况下,对IPFC设备的综合调节能力及容量进行充分评估,优化了IPFC设备的容量及系统级控制策略。     

最优潮流问题的凸松弛技术综述

求解最优潮流问题(optimal power flow, OPF)的凸松弛技术可将非凸的OPF问题转化为凸优化问题,并在精确松弛的前提下获得原问题的全局最优解。近10年来,该项技术已成为国内外电力系统优化领域的一个研究热点。首先,回顾电力系统优化领域凸松弛技术的发展过程,介绍半正定规划松弛、二阶锥规划松弛、二次凸包络松弛的基本概念与数学形式。接着,对于凸松弛技术的精确性,总结并梳理保证精确松弛的充分条件和构造更紧凸松弛的方法。最后,从技术手段与应用场景两个方面对OPF凸松弛技术未来的研究方向做出展望。     

含大规模风电场的电力系统线性化最优潮流计算

考虑随机因素的最优潮流(optimal power flow,OPF)计算属于非线性计算,随着系统规模增大,计算难度大大增加,计算效率低,难以满足电力系统在线计算分析要求。针对含大规模风电场的电力系统,首先利用近似简化方法对传统考虑风电不确定性的最优潮流模型进行线性化处理,同时利用拉丁超立方采样进行风电场景生成,基于场景削减技术获得概率测度较大的少数风电场景;然后建立一种新的考虑风电不确定性的线性化最优潮流模型;最后利用简化内点法进行求解。IEEE 300节点、Polish 2 736节点系统的计算结果表明,考虑风电不确定性的线性化最优潮流精度高、计算时间短、适用性强。     

A Novel Location Method for Interline Power Flow Controllers Based on Entropy Theory

As one of the new generation flexible AC transmission systems (FACTS) devices, the interline power flow controller (IPFC) has the significant advantage of simultaneously regulating the power flow of multiple lines. Nevertheless, how to choose the appropriate location for the IPFC converters has not been discussed thoroughly. To solve this problem, this paper proposes a novel location method for IPFC using entropy theory. To clarify IPFC''s impact on system power flow, its operation mechanism and control strategies of different types of serial converters are discussed. Subsequently, to clarify the system power flow characteristic suitable for device location analysis, the entropy concept is introduced. In this process, the power flow distribution entropy index is used as an optimization index. Using this index as a foundation, the power flow transfer entropy index is also generated and proposed for the IPFC location determination study. Finally, electromechanical electromagnetic hybrid simulations based on ADPSS are implemented for validation. These are tested in a practical power grid with over 800 nodes. A modular multilevel converter (MMC)-based IPFC electromagnetic model is also established for precise verification. The results show that the proposed method can quickly and efficiently complete optimized IPFC location and support IPFC to determine an optimal adjustment in the N-1 fault cases.     

基于双级矩阵变换器的线间潮流控制器

线间潮流控制器是柔性交流输电系统中的新装置,通过控制有功和无功功率来增强电网传输能力.双级矩阵变换器是性能优良的交一交变频器.针对二者结构上的相似性,提出将双级矩阵变换器作为线间潮流控制器,以减小设备体积.首先对线间潮流控制器建模,在park变换基础上,使用比例积分控制设计d-q轴控制方案,采用交叉解耦消除电网间的耦合,利用载波调制的空间矢量控制变换器开关动作,取得了较好的控制效果.仿真验证了方案的可行性和正确性.     

潮流和最优潮流分析中FACTS控制器的建模

综述了最近FACTS控制器的数学模型在电力系统潮流和最优潮流分析中的新进展.不仅讨论了单换流器FACTS控制器,如静止同步并联补偿器(STATCOM)和静止同步串联补偿器(SSSC);而且也讨论了多换流器FACTS控制器,如统一潮流控制器(UPFC)、相间功率控制器(IPFC)、通用统一潮流控制器(GUPFC)和电压源型直流输电(VSC HVDC).此外还讨论了基于电压源换流器技术的HVDC的数学模型.不仅涵盖FACTS控制器的单相数学模型,而且也涉及FACTS控制器的三相数学模型.此外,还探讨了多换流器FACTS控制器的电流、电压以及功率等不等约束在潮流计算中的数学模型及计算机实现.     

基于半定规划法的含分布式潮流控制器最优潮流

分布式潮流控制器能够灵活地提升现有线路的输电能力,从而降低系统运行成本,但该设备的引入会增加电力系统最优潮流问题的复杂度与非凸程度。针对分布式潮流控制器的结构及原理进行了分析,提出一种简化的稳态功率模型,并考虑到装置运行时各串联单元自身容量限制,给出实际电网中分布式潮流控制器线路的潮流可行域。基于此,采用对初值选取不敏感的半定规划法建立含分布式潮流控制器的系统最优潮流模型,并选用原对偶内点法进行求解。算例测试结果表明,所提方法能有效解决含分布式潮流控制器的系统潮流优化问题。     

含UPFC的灵活交流输电系统最优潮流控制

潮流计算和无功优化计算是电力系统非常重要的计算,两者都包括在电力系统最优潮流（OPF）问题中,灵活交流输电系统（FACTS）的出现需要对传统的潮流计算进行修正,利用遗传算法探讨了含统一潮流控制器（UPFC）的灵活交流输电系统最优潮注控制问题,计算机仿真表明,该方法可有效解决含UPFC的灵活交流输电最优潮流控制。     

含TCSC的电力系统最优潮流控制

电力系统最优潮流问题(OPF)对保证系统的电压质量、安全性和经济性都是十分重要的。针对含有柔性交流输电系统的最优潮流问题,根据可控串联补偿器(TCSC)的功率注入模型,建立适于潮流和最优潮流计算的数学模型,在常规最优潮流问题的基础上,充分考虑TCSC元件对系统潮流的影响,从而建立起TCSC运行情况下的非线性最优潮流模型,并应用了一种有效的求解上述模型的方法——路径跟踪内点法。仿真表明该方法能有效解决含TCSC的电力系统最优潮流问题。     

基于简化预测—校正内点法的拟直流最优潮流

在大规模电力系统最优潮流的在线计算应用中,传统直流最优潮流算法虽然有着很高的计算效率,但是由于其完全忽略了电压和无功功率的影响,计算结果精度偏低。文中通过引入无功功率来修正有功功率平衡方程,提出了基于拟直流模型的最优潮流算法。为进一步提高计算效率,提出了一种简化预测—校正内点算法,该算法通过对最优潮流模型中不等式约束进行简化处理,形成只含上限约束的广义不等式约束,大大简化了程序的编写。通过对IEEE 30,118,300节点系统以及Polish 2 736,3 120节点系统的仿真测试,验证了算法的可行性和有效性。     

基于功率-电流混合潮流约束的内点法最优潮流

提出了一种基于直角坐标下功率 — 电流混合型潮流约束的最优潮流模型。该模型对系统中的非零注入功率节点采用功率失配型潮流约束,而对零注入功率节点采用电流失配型潮流约束。这种混合模型结合了功率和电流型潮流方程的优点:对于零注入功率节点,该模型具有电流型潮流方程一阶导数为常数、二阶导数为0的特点,从而使雅可比矩阵和海森矩阵更容易计算;对于非零注入功率节点,该模型也比电流型潮流方程更好处理。该模型特别适合非线性预测 — 校正内点法的最优潮流,多个大规模算例测试证明该模型收敛性更好,计算效率更高,尤其适合求解含较多零注入功率节点的大规模电力系统最优潮流问题。     

暂态稳定约束下的最优潮流

提出了暂态稳定约束下最优潮流的新方法.该方法将稳定约束的最优潮流问题分解为最优潮流和最优控制两个子问题.在最优控制迭代中,基于半无限规划的局部降阶思想,将表征暂态稳定指标的无限维不等式约束转化成分别由功角和电压积分形式表示的二维不等式约束,并通过求解系统状态轨迹以及轨迹灵敏度方程来获得二维不等式约束对各控制变量的梯度,以此作为最优控制方向来更新各控制变量.通过新英格兰10机39节点系统上的测试算例验证了所提方法的有效性和合理性.