考虑多元不确定性和备用需求的微电网双层鲁棒容量规划

为了在独立微电网规划过程中综合考虑成本参数、风光资源的不确定性和备用需求,提出了风光储柴双层鲁棒容量规划模型。上层目标为包含投资、替换、运维以及燃料成本、环境惩罚成本和发电成本在内的总净现值成本最小,上层约束中,通过建立成本参数的区间不确定集合考虑了电源成本参数的不确定性以及风光历史出力的凸包不确定集合考虑了风光资源的相关性,同时考虑了需求响应模型对容量规划的影响。下层目标函数为最小化电源故障期间的停电成本和备用成本,下层约束考虑了故障期间备用发电机的出力约束以及备用容量约束。首先,基于库恩塔克(karush-kuhntucker,KKT)条件将下层模型转化为互补约束,利用大M法将下层变成混合整数线性规划(mixedintegerlinear programming,MILP)模型,之后,利用对偶理论将鲁棒单层模型转化为确定性模型。最后,基于实际工程算例,验证所提出的算法能够有效考虑成本参数及风光资源等多元不确定性,同时满足系统备用需求。与遗传算法及其他双层鲁棒组合(直接混合整数二次规划(directmixed-integer quadratic programming,DMIQP)+枚举鲁棒对等(enumeration robust counterpart,ERC)等)算法相比,具有更高的计算效率。

适应非光滑特性的交直流混合电力系统状态估计

交直流混合电力系统中的有载调压变压器(on-load-tap-changer,OLTC)和换流器模型存在大量限幅、死区等非光滑特性,如何处理换流器引入的分段函数约束是当前状态估计的研究难点。构建了OLTC的混合整数非线性(mixedintegernonlinearprogramming,MINLP)模型,通过控制二次侧电压水平得到OLTC挡位的估计值。针对换流器采用分段函数描述包含限幅、死区等下垂控制特性的问题,提出采用近似拟合函数将分段函数光滑化。与采用MINLP描述分段函数的方法相比,所提模型显著提高了计算效率。通过3节点和IEEE14节点交直流混合系统算例,验证了所提状态估计模型的正确性和实用性,同时分析了拟合系数对状态估计的影响。算例表明,所提模型增强了状态估计处理不良数据的能力,提高了对非光滑特性的适应能力,在保证计算精度的前提下能够提高状态估计的收敛性。

基于分布式深度强化学习的微网群有功无功协调优化调度

针对微网群的分布式有功无功协调优化调度问题,提出一种分布式多智能体深度强化学习方法,可训练智能体在与环境交互的过程中学习到最优调度策略,并克服传统优化方法对模型的依赖。相较于已有基于“集中训练”框架的多智能体深度强化学习方法,该方法无须收集全局信息,能够更好地保障各子微网信息的隐私,减轻通信压力,并且在训练和执行阶段均表现出对通信故障的鲁棒性。此外,考虑到微网群存在拓扑变化而强化学习模型泛化能力差,提出一种迁移强化学习方法,利用已有智能体知识为每种拓扑高效训练一组智能体。最后,通过改进的IEEE 33节点系统算例,验证了所提方法在解决微网群分布式有功无功协调优化调度问题上的有效性。

基于局部几何参数化和JFNG算法的微电网群分布式连续潮流计算

由于分布式电源、电动汽车等新型电气化负荷内存在无功限幅约束,传统连续潮流在分析微电网的带负荷能力和微电网之间的联络能力时存在因错误识别节点类型而导致计算失败的现象,并且其不适配于微电网群的分布式管理模式。提出一种局部几何参数化连续潮流算法,相较于弧长参数化,该算法具有参数化方程易于解耦、分岔点计算精度较高等优点;采用费舍尔伯明斯特互补函数来处理非光滑无功限幅特性,避免节点类型频繁切换的问题。基于连续潮流模型,结合非精确牛顿-广义最小残差(JFNG)算法分布式框架,提出仅交换边界信息就可收敛的微电网群分布式连续潮流算法。算例结果验证了所提算法的有效性。

城市应急微网群管控关键技术综述

当城市供电系统发生较大范围的停电事故时,电动汽车、分布式电源等可构建应急微网群保证关键负荷的持续供电。高比例新能源和高度电力电子化使得应急微网群运行中面临暂态电压和频率安全稳定挑战。在微网群能量管理过程中,需要考虑暂态安全稳定约束。而微网群的暂态安全稳定域具有强非线性,且离散和连续设备的差异化调节特性以及能量管理终端的计算能力和通信方式差异化使得考虑安全稳定的调控困难。依据“动态建模-稳定分析-协同调控”的内在逻辑,围绕考虑暂态安全稳定约束的城市应急微网群协同调控开展以下综述:1)考虑变流器宽频域和非光滑控制特性的微电网动态建模方法;2)研究微网群电压和频率暂态安全稳定机理与判据;3)考虑暂态安全稳定约束、信息交互延时和离散-连续混杂特征的微网群分布式优化调控方法。基于以上三个方面,阐述城市应急微网群安全稳定与低碳经济运行当前研究的不足和发展方向。

综合能源系统低碳规划与运行研究述评

为提高综合能源系统(integrated energy system, IES)低碳规划及优化运行的技术水平,推进能源结构低碳转型及新型电力系统建设,梳理和总结研究学者在IES的模型构建、系统规划、运行调度等方面的研究成果,该文开展了相关领域的综述研究。首先,阐述了综合能源系统的典型架构、典型设备及其能流特性。其次,针对IES低碳规划和运行策略及其相关支撑技术,分别论述了多态不确定性模型及功率预测、柔性负荷调控策略、IES参与电力辅助服务及其低碳运营机制、优化模型及其求解算法等方面的技术路线及研究成果;研究表明,规划与运行策略是支撑IES低碳、高效、经济运行水平的关键技术,计及不确定性的高维、非线性、多目标、非凸问题的精确建模和快速求解等难点问题亟待深入研究。最后,展望了人工智能、大数据、电力物联网等新技术在IES低碳规划和运行方面的应用前景,归纳了该领域亟待应对的技术挑战和关键问题。

分布式电源三相稳态模型

低压配电网通常运行在三相不平衡状态。接入不平衡配电网的分布式电源在不同控制方式下,表现为不同的外特性。为了正确计算含分布式电源的主动配电网三相潮流,需要采用详细的三相分布式电源模型。采用统一的建模方法,建立不同控制方式下4类主要分布式电源(包括同步电机、异步电机、电力电子接口并网、双馈电机)的稳态模型,并将所建模型与已有模型进行对比分析,证明所建模型的正确性。文中建立的三相模型适用于分布式电源不平衡情况下的稳态建模,同时也适用于柔性输变电设备的建模分析。

基于多源信息的配电网电流匹配状态估计

针对配电系统的实时量测冗余度低且只有部分电流量测的问题,结合计量系统的准实时量测数据,提出了电流匹配技术来求解配电网状态估计。推导了最优估计意义下的匹配电流方程及其系统化的求解方法。基于负荷功率因数变化慢的假设,提出了采用计量数据生成准实时量测的处理方法。该方法以实时电流量测为边界,把配电网划分成若干个量测区域,针对每个量测区域进行电流匹配状态估计。测试系统和实际系统算例表明,文中方法满足了当前配电自动化系统的实时应用需求。

支持大规模电流量测的配网抗差状态估计方法

提出一种适用于以支路电流幅值量测为主的配网状态估计方法。该方法以支路首端功率和支路电流幅值的平方作为待求变量,从而简化了量测方程,可以方便考虑电流幅值量测且不需要做任何量测转换。所提出的方法可以综合利用电压幅值量测、功率量测和电流量测,且能够处理辐射电网、弱环网以及电缆线充电电容等情况。同时,分析该方法的可观测特性,表明新方法不需要增加量测配置的冗余度。最后,给出辐射状和弱环网的算例,以验证该方法的实用性。

分布式电源内阻抗引发前推回代潮流发散的问题

大量种类繁多的分布式电源接入可能运行在三相不平衡状态的配电网。分布式电源种类繁多,控制方式多样,并网阻抗等值参数取值范围较宽。前退回代是用于配网潮流计算的重要方法之一。通过数值仿真计算发现,分布式电源三序稳态模型的负序和零序阻抗在一定的取值范围内,会引起前推回代潮流计算发散。进一步分析潮流发散的原理,发现造成发散的原因是前推回代格式的谱半径大于1,并提出一种等值负序和零序阻抗补偿方法解决这一问题。

考虑分布式电源详细模型的配电网多相状态估计

在传统配电网状态估计中,主要考虑拓扑约束和线性阻抗元件约束。在大量分布式电源接入配电网后,关于负序和零序的控制也相应增加。对于三相不平衡的状态估计,除了线性阻抗元件约束外,还要考虑分布式电源对不平衡分量即负序和零序的约束方程。因此,首先建立了常见的分布式电源在状态估计中的模型,然后提出了基于改进节点法的配电网多相状态估计方法,最后通过算例分析考虑与不考虑分布式电源的模型对状态估计结果的影响。

三阶段式交直流混合主动配电网三相区间状态估计

为了解决主动配电网由于采用大量伪量测而使得各节点量测质量差别大且伪量测很难给出概率密度分布,只能给定误差量测区间的问题,提出一种三阶段式区间状态估计方法来过滤主动配电网中的量测生数据。首先,通过第一阶段的混合整数线性规划坏数据辨识模型,对模型中极其粗糙的坏数据进行第一阶段的剔除;然后,建立第二阶段更精确的坏数据辨识模型,由于该问题属于混合整数非线性规划问题,其对初值敏感,且求解困难,因此将第一阶段模型的计算结果作为初值,以提高第二阶段的计算效率;最后,进行基于非线性规划模型的区间状态估计。通过3节点和13节点主动配电网系统进行仿真分析,结果表明,所提的三阶段区间状态估计方法既能提高状态估计计算效率,又能保证计算结果的精度。

适用于配电网三相优化潮流的数据物理融合驱动线性化方法

现有配电网三相潮流线性化模型在重载时精度下降较明显,限制了其应用。为此,提出了一种适用于三相优化潮流的改进型数据物理融合驱动线性化方法。首先,基于配电网物理特性得到三相线性潮流模型。然后,采用偏最小二乘回归的数据驱动方法获得线性化误差模型,对物理驱动模型进行修正。与完全数据驱动型方法相比,三相线性潮流模型保留了线路信息,可在优化潮流中用于描述支路约束。与完全物理驱动模型相比,三相线性潮流模型充分利用数据驱动的优化拟合能力来获得线性化误差与节点负荷之间的线性关系。因为在误差修正项中包含更多维的全局信息,所以线性化模型的精度得到提高,保证了重载时所提方法的精度仍足够高。所提方法具有更好的适用性,能够处理各种连接方式的三相变压器和负荷模型以及考虑相间耦合的分布式电源模型。基于IEEE标准算例,将所提方法与其他可用于优化潮流的线性化方法进行对比分析,结果表明所提方法在系统重载时精度依然很高。

基于二阶锥规划凸松弛的三相交直流混合主动配电网最优潮流

主动配电网最优潮流模型是非凸模型,难以保证优化结果的全局最优性和可靠收敛,需要进行凸松弛以保证模型的可靠求解。该文提出考虑分布式电源、不同接线方式的有载调压器、交直流换流器等三相模型的二阶锥规划凸松弛模型,相比于Distflow模型的凸松弛,该文考虑相间耦合的影响,同时给出了分布式电源、有载调压器等元件的物理特性。采用二阶锥规划求解器求解,对比分析了不同条件下的计算精度以及不同求解器的计算效率。基于IEEE 13节点和IEEE 123节点的数值实验表明,当前优化结果能够较好地满足潮流约束,可作为最终控制结果,也可以作为非凸优化求解器初值以更快得到全局最优解。

基于阻尼转矩分析的虚拟同步机对小干扰稳定的影响机理研究

为了阐明虚拟同步控制策略对小干扰稳定的影响机理,该文首先建立包括锁相环、虚拟阻抗环节、有源阻尼环节、电压和电流环等在内完整的虚拟同步机小信号状态空间模型,并基于状态矩阵消元方法,对高阶虚拟同步机单机系统进行阻尼转矩分析,并得出虚拟同步机阻尼转矩系数的一般形式。之后,详细分析了虚拟同步机中不同参数对系统阻尼转矩系数的影响规律。最后,通过时域仿真验证了所提方法的正确性,并发现适当增大虚拟阻抗环节的电感、电压控制环比例系数以及有源阻尼增益,阻尼转矩系数会有所增大,有利于系统的小干扰稳定。

基于双层多智能体强化学习的微网群分布式有功无功协调优化调度

为实现微网群的分布式有功无功协调优化调度,提高系统供电可靠性并降低运行成本,该文提出一种双层多智能体强化学习方法训练智能体与环境交互,学习到最优调度策略。该方法不依赖精确的微网群网络模型,而且两层多智能体强化学习算法分别对应训练连续和离散动作智能体组,以适应子微网内同时存在连续、离散动作设备需要控制的问题。此外,考虑到微网群拓扑变化后造成优化任务改变,已有智能体组不适用的情况,给出知识迁移的适用条件,进而采取知识迁移的方法,将已有智能体的经验用于训练新智能体组,避免了从头初始化训练,减少了所需的计算和时间成本。数值实验结果表明,所提方法在微网群的分布式有功无功协调优化调度上具备有效性。

计及坏数据辨识的微网群三相分布式状态估计方法

为了满足微网群数据分布式管理的实际需求,微网群状态估计需要采用分布式模式。首先提出了一种分布式坏数据辨识方法,实现对微网群系统中不良数据的检测和辨识,然后提出基于增广拉格朗日交替方向非精确牛顿(augmented Lagrangian alternating direction inexact Newton,ALADIN)法的双层分布式状态估计算法。在数据交换量方面,每个分区分别进行独立的状态估计计算,分区之间仅仅通过交换相邻分区的边界耦合信息,采用共轭梯度(conjugate gradient,CG)算法更新每个分区的拉格朗日乘子,避免了信息隐私的暴露。基于5节点和21节点微网群系统的算例结果表明,所提分布式状态估计算法能够分布式辨识杠杆量测和有效处理坏数据,具有分区间信息交换少和收敛性好的特征,且能够达到集中式计算的求解精度。

计及详细源荷模型的三相独立微电网连续潮流计算方法

连续潮流是电力系统静态电压稳定分析的基本工具,为更准确计及独立微电网中分布式电源和感应电动机模型对电压稳定的影响,文章建立了包含详细分布式电源和感应电动机模型的三相独立微电网模型。在分布式电源模型中考虑了下垂控制特性和非光滑约束,并对非光滑约束进行了光滑处理。针对上述模型,提出一种三相独立微电网连续潮流计算方法,预测环节采用切线预估法,校正环节利用投影牛顿法处理变量边界约束,避免了校正方向造成的数值问题。对13和15节点三相独立微电网系统采用所提方法进行连续潮流计算,分析了下垂控制特性、非光滑约束和详细感应电动机模型对独立微电网电压稳定的影响,验证了考虑详细模型的连续潮流计算方法的正确性和必要性。

考虑限幅约束的多区域互联电网全分布式潮流算法

多区域互联电网中有大量限幅非光滑约束,增加了潮流模型的非凸性。针对传统基于启发式规则处理限幅的分布式潮流算法在计算过程中容易出现收敛性问题,提出了一种能鲁棒性处理非光滑约束的互联电网全分布式潮流计算方法。首先根据分层分区调度模式对电网进行分区,并将模型中非光滑约束进行光滑处理,然后基于具有二阶收敛速度的双层交替方向非精确牛顿法,将潮流问题转化为求解最优步长增量的问题。基于零空间法(Null-Space)对状态变量的系数矩阵进行降维处理,采用共轭梯度(Conjugate Gradient, CG)算法更新每个分区的对偶乘子,乘子更新过程中利用二阶信息提高了算法的收敛性。多区域间进行分布式计算时无需协调层参与,仅需通信少量边界信息,因此通信负担轻。最后,以30节点和182节点系统为测试算例,验证了所提方法在设置恶劣初值和处理非光滑约束时具有较高的精确性和较好的收敛性。

基于混合整数二阶锥规划的三相有源配电网无功优化

三相有源配电网无功优化本质上属于非线性非凸规划问题,目前尚缺乏严格的有效求解方法。针对配电网辐射状运行特点,文中建立了基于支路潮流形式的配电网的三相无功优化模型,然后采用二阶锥松弛技术将原始优化模型转化为具有凸可行域的数学规划形式。考虑电容器等离散的补偿设备后,模型进一步扩展为含离散变量的混合整数二阶锥规划模型。该模型可被现有优化算法包高效求解。采用IEEE 33节点和IEEE 123节点系统进行算例分析,验证了所提出的方法的寻优稳定性和计算高效性。