Novel Affine Power Flow Method for Improving Accuracy of Interval Power Flow Data in Cyber Physical Systems of Active Distribution Networks

A large number of load power and power output of distributed generation in an active distribution network(ADN)are uncertain,which causes the classical affine power flow method to encounter problems of interval expansion and low efficiency when applied to an AND.This then leads to errors of interval power flow data sources in the cyber physical system(CPS)of an ADN.In order to improve the accuracy of interval power flow data in the CPS of an ADN,an affine power flow method of an ADN for restraining interval expansion is proposed.Aiming at the expansion of interval results caused by the approximation error of non-affine operations in an affine power flow method,the approximation method of the new noise source coefficient is improved,and it is proved that the improved method is superior to the classical method in restraining interval expansion.To overcome the decrease of computational efficiency caused by new noise sources,a novel merging method of new noise sources in an iterative process is designed.Simulation tests are conducted on an IEEE 33-bus,PG&E 69-bus and an actual 1180-bus system,which proves the validity of the proposed affine power flow method and its advantages in terms of computational efficiency and restraining interval expansion.

基于全纯嵌入的电力系统不确定性仿射潮流方法

仿射潮流算法是求解新型电力系统状态量分布特征的重要手段。针对现有仿射潮流算法保守度较高、算法效率较低且需要选择合适的迭代初始值等不足之处,该文提出一种基于全纯嵌入的不确定性仿射潮流计算方法。首先,构建电力系统节点电压和功率仿射模型,并建立系统仿射潮流方程。在此基础上,将嵌入因子引入到仿射潮流方程中,构造具有泰勒级数形式的全纯嵌入仿射潮流模型;接着,将仿射潮流求解问题转换为泰勒幂级数系数的求解问题,获取状态量初始解及递推关系,计算不确定性潮流的仿射解。最后,算例验证所提算法具有保守性低、计算效率高和量化分析分布式电源出力对电压影响等优势。

基于改进仿射算法的主动配电网区间调度

针对高渗透率分布式可再生能源的不确定性和仿射算法结果的保守性影响调度计划的问题,提出基于改进仿射算法的主动配电网区间优化调度模型及其求解方法。以区间变量表征分布式可再生能源中风机和光伏出力的不确定性,利用带有误差修正机制的灰色马尔可夫模型得到风机和光伏出力的区间预测值。建立综合考虑主动配电网运行约束和灵活性指标,以综合运行费用最低和净负荷波动最小为目标的主动配电网多目标区间优化调度数学模型。在仿射算法的非线性运算中引入区间泰勒公式,提出一种改进仿射算法并将其应用于主动配电网潮流计算,并通过CPLEX和INTLAB对调度模型进行联合求解。修改的IEEE 33节点系统的仿真结果表明,区间优化调度可为调度人员提供更直观的主动配电网状态量上、下界信息,而且所提方法的计算效率更高,所得区间结果的保守性、可靠性和有效性更优。

电热综合能源系统稳态与区间潮流计算快速解耦新方法

综合能源系统稳态潮流计算是后续规划、运行等研究的基础。目前常采用的牛顿-拉夫逊法存在数值稳定性问题,且随着综合能源系统不确定因素增加,研究系统的区间潮流以实现综合能源系统的安全分析和评估变得越来越重要。首先,基于泰勒函数一阶展开和二阶展开,推导出热负荷流量和节点温度的解析表达式,该表达式实现了流量与温度的独立求解,无须解方程组即可得到系统稳态潮流。然后,分析流量和温度表达式的函数单调性,结合各热负荷值,确定了热负荷流量和热负荷节点温度的区间潮流解,所提方法在保证计算精度的同时,计算速度快且不存在数值稳定性问题。最后,通过算例分析验证了所提方法的有效性。

基于区间-概率潮流分析的配电网调压手段适应性评估方法

随着可再生能源的大规模接入,配电网面临着频繁的电压越限问题,亟待对以光伏逆变器为代表的多种新型调压手段能否满足配电网日常调压需求进行研究。为对配电系统调压手段适应性做出客观评价,提出基于区间-概率潮流分析的配电网调压手段适应性评估方法,实现调压效果与调压成本的综合分析。首先,基于区间潮流与概率潮流结果,构建配电网调压效果评价指标;其次,以最优无功方案对应成本作为成本基准值,构建配电网调压成本评价指标;在此基础上,基于层次分析法对调压效果指标和成本指标进行加权,构建配电网调压适应性综合评价指标体系;最后,基于所构建的评价指标,完成配电网调压手段适应性分析,并通过多场景对比评价验证了所提方法的合理性。

Interval optimal power flow applied to distribution networks under uncertainty of loads and renewable resources

Optimal power flow(OPF) has been used for energy dispatching in active distribution networks.To satisfy constraints fully and achieve strict operational bounds under the uncertainties from loads and sources, this paper derives an interval optimal power flow(I-OPF)method employing affine arithmetic and interval Taylor expansion.An enhanced I-OPF method based on successive linear approximation and second-order cone programming is developed to improve solution accuracy.The proposed methods are benchmarked against Monte Carlo simulation(MCS) and stochastic OPF.Tests on a modified IEEE 33-bus system and a real 113-bus distribution network validate the effectiveness and applicability of the proposed methods.

考虑新能源不确定波动的交直流混联电网静态电压稳定裕度区间计算

随着新能源发电技术与直流输电技术在大电网中的广泛应用,需要提出含新能源的交直流混联电网静态电压稳定分析方法。为此,该文针对含常规直流输电和多端柔性直流输电的交直流混联电网,采用区间数描述新能源电站出力的不确定波动,建立了交直流混联电网静态电压稳定裕度(static voltage stability margin,SVSM)区间计算的2个双层最优潮流模型,即计算SVSM区间上界的min-min模型和计算SVSM区间下界的max-min模型。计算区间SVSM上界的min-min双层优化模型可直接合并为单层优化模型求解。计算SVSM区间下界的max-min模型需要先通过二阶锥松弛和凸包络松弛等方法将内层模型转化为凸规划模型,并通过对偶优化理论得到内层凸规划模型的对偶规划模型,进而转化为单层优化模型求解。通过对修改后的IEEE-39节点系统和南方电网2个交直流混联电网算例的计算分析,并与蒙特卡洛抽样法和拉丁超立方抽样法的计算结果比较,验证了所提出方法的正确性与高效性。

UPFC setting to avoid active power flow loop considering wind power uncertainty

The active power loop flow(APLF)may be caused by impropriate network configuration,impropriate parameter settings,and/or stochastic bus powers.The power flow controllers,e.g.,the unified power flow controller(UPFC),may be the reason and the solution to the loop flows.In this paper,the critical existence condition of the APLF is newly integrated into the simultaneous power flow model for the system and UPFC.Compared with the existing method of alternatively solving the simultaneous power flow and sensitivity-based approaching to the critical existing condition,the integrated power flow needs less iterations and calculation time.Besides,with wind power fluctuation,the interval power flow(IPF)is introduced into the integrated power flow,and solved with the affine Krawcyzk iteration to make sure that the range of active power setting of the UPFC not yielding the APLF.Compared with Monte Carlo simulation,the IPF has the similar accuracy but less time.

相继甩负荷间隔时间与尾水管进口压力最小值的内在联系研究

为探求相继甩负荷间隔时间与尾水管进口压力最小值之间的内在联系,针对双机一洞布置型式的抽水蓄能电站,基于瞬变流理论和特征线法对相继甩负荷工况水力过渡过程开展数值模拟,分析了相继甩负荷工况下机组流量变化率和运行轨迹与尾水管进口压力最小值之间的联系。结果表明,存在某一最不利相继甩间隔时间使得两台机组第一波流量变化率的时域不同步程度达到最大,则对应的尾水管进口压力达到最小,且此时先甩和后甩机组运行轨迹点分别在特性曲线反S区上弯点和下弯点。研究结果可为抽水蓄能电站尾水管进口压力极值计算提供参考。

考虑新能源的交直流系统区间最优潮流

为描述新能源发电等电力系统运行参数的不确定性对系统的影响,掌握系统的区间潮流分布,提出一种适于求解含新能源的交直流混联电力系统区间最优潮流(interval optimal power flow,IOPF)。源于区间优化法,将系统的新能源发电出力、节点负荷功率等不确定量表达为区间变量,引入到交直流混合系统最优潮流计算的非线性规划模型中,建立了区间最优潮流计算的非线性区间优化模型。根据区间匹配和区间极值取值等原理,将该区间规划转化为两个确定性的非线性优化问题,并采用现代内点算法求解,得到了区间最优潮流待求变量的边界信息。IEEE 14、118和300节点标准系统的计算结果表明,与蒙特卡罗模拟结果对比,所提出方法具有较高的求解精度,对IOPF目标函数区间半径和区间均值的计算误差不超过9%和0.8%,且易于实现、计算效率高,具有广泛的应用前景。

采用带预处理的区间Hull算法求解区间直流潮流

随着间歇性能源接入电网,电网的潮流具有一定的随机性。考虑高压输电网中直流潮流的不确定性问题,文中提出了一种带预处理的区间Hull(P-Hull)算法来求解区间直流潮流。该方法首先通过预处理,形成主对角占优的区间系数矩阵,然后利用区间Hull算法得到系数H-矩阵。为了提高结果的精度,分别利用向上近似和向下近似方法处理H-矩阵的比较矩阵,进而采用迭代方法求得区间直流潮流分布的上下界。采用9节点系统,将文中所提出的算法与蒙特卡洛算法进行比较,揭示了误差主要受网络参数不确定性的影响。此外,采用IEEE 57和IEEE 118节点系统分别对P-Hull算法、区间Hull算法、Krawczyk算子迭代法以及高斯消去法在精度和计算时间上进行比较分析,可以看出P-Hull算法能够得到最高的精度,并且其时间复杂度远小于蒙特卡洛算法。

计及电价波动的电网建设项目经济评估区间法

电网近期规划将产生一系列的电网建设项目。竞争市场环境给这些资金密集型项目的经济评估工作带来的不确定性使不确定性经济评估成为当前研究的热点。作者提出一种基于区间的能计及电价波动的电网建设项目经济评估方法。首先建立了区间现金流和区间利率的评估模型,以对现金流的不确定性进行建模处理。然后基于该模型推导了计及电价波动的区间净现值的评估方法,给出了项目风险的计算方法。最后通过案例研究了电价波动对项目评估的影响。在案例分析中给出了项目区间现金流的柔性调整原则和方法,以及电价波动率的确定方法。案例研究表明,本文的方法能较好地处理评估中诸如电价波动等的不确定性,且能评估项目的风险,是一种行之有效的适合电网建设项目的柔性经济评估方法。

基于区间和仿射运算的不确定潮流算法

大规模的风电接入电网,使得电网注入功率变得不确定,对调度规划提出了挑战。潮流计算是调度分析的基础,而传统的潮流计算很难得到不确定功率潮流的解。文中提出了以仿射和区间运算为基础的不确定性潮流的计算方法,可以得到不确定潮流解的上下界。为了克服区间运算过于保守的缺点,在采用Krawczyk-Moore算子求解潮流时,对于区间的乘除法引入了仿射运算,有效地缩小了潮流解的范围。IEEE 9节点和IEEE 57节点的算例验证了该算法的有效性。

复区间潮流保守性问题的解决方案

区间运算的保守性问题是困扰区间潮流的主要问题之一。文中将复平面上区间数的3种不同表达方式,即方形域表达、圆盘域表达和扇形域表达引入区间潮流,来研究它们对区间潮流结果保守性的影响。复区间潮流采用的基本算法是配电网前推回推复区间潮流算法。采用33母线系统为算例,对潮流结果的保守性进行了研究,得出结论认为,根据电力系统中负荷的不同基本组成,来选择适当的复区间表示方式,可以降低区间潮流计算结果的保守性。

一种非迭代仿射算法的输电网区间潮流计算方法

当系统注入功率随机波动时,潮流分布也随之波动,但潮流方程的约束使得各变量之间存在一定的相关性。利用仿射运算能够有效克服这种相关性,为提高计算效率,采用非迭代算法,将区间潮流计算问题转为优化问题进行求解,分别建立线性规划、非线性规划和二次规划的优化模型,依次求解支路两端的相角差、节点电压幅值和相角以及支路有功功率和无功功率。9节点和57节点系统的仿真结果表明,所提算法得到的电压幅值和相角的区间结果与迭代算法基本相同,但支路区间功率要优于迭代算法,其时间复杂度近似为O(m3),能够快速有效地求解区间潮流问题,并且能够实现并行运算。

基于区间算法和范例学习的配电网网架规划

考虑配电网网架规划中的不确定因素,建立了配电网网架区间规划模型。结合配电网辐射状运行的特点,提出了简单实用的配电网区间潮流计算的端点法。对基于Agent行为和范例学习的遗传算法中的“范例学习”部分进行了修改,使其适应于配电网网架区间规划模型的求解。算例结果表明,提出的算法可以得到鲁棒性强的规划方案。

基于仿射算术优化的不确定系统区间潮流快速分解法

传统基于单一运行点运算的电力系统潮流计算不能处理系统参数改变和负荷需求变化的不确定性,也无法为时变电力系统安全分析提供有意义的参考,因此潮流区间算法在电力系统潮流计算中得到应用。针对现有潮流区间算法结果保守的问题,利用区间仿射算术来考虑区间变量之间的相关性进行快速分解法潮流计算,并在每步迭代中引入线性优化,抑制区间增长。通过算例比较表明,该方法在保证完备性的同时,能有效地减少区间结果保守性。

基于模糊区间算法的配电网潮流计算

考虑配电系统运行中的不确定性因素 ,建立了负荷、并联电容器组和调相机的模糊区间模型。结合配电网络的特点以及模糊潮流和区间潮流各自的优点 ,提出了一种基于模糊区间计算的前推回推配电网潮流算法。一般测试系统和阜新市 1 0 k V实际配电系统的计算结果验证了该算法快捷、有效。

考虑风力发电随机性的微电网潮流预测

微电网技术是推动可再生能源开发与利用的有效途径。风力发电是微电网中的重要发电单元,风电的随机性严重影响微电网的运行特性,对微电网潮流的直接预测可以减轻风电随机性对微电网的不利影响。先建立了自适应支持向量机模型,对微电网潮流进行确定性预测,再将马尔科夫链模型和蒙特卡罗模拟方法相结合,对并网和离网2种运行状态下微电网概率潮流进行预测。仿真结果表明,所提方法不仅能够较准确地预测微电网潮流,还能从概率的角度对预测结果所包含的风险进行评估。所得结论为进一步分析和优化系统运行提供了理论依据。

计及不确定性的电力系统直流潮流的区间算法

考虑高压输电网络中的不确定性因素,采用区间分析方法来处理直流潮流计算中的不确定问题,提出了一种可应用于求解大规模输电系统的区间直流潮流算法。该算法考虑了节点注入有功功率的不确定性,采用区间高斯消去法求解区间线性方程组,得到母线电压相角和支路有功功率的上下限,即区间潮流方程的区间解。采用IEEE30算例系统,将该算法的计算结果与蒙特卡罗仿真计算的结果相比较,验证了该算法的有效性和应用价值。