考虑电压-无功调节的台区互联装置规划方法

伴随分布式能源广泛接入低压配电网,其对配电网运行灵活性和消纳能力的要求不断提高。利用低压柔性互联装置将独立运行的低压配电台区分区互联,避免传统电压调节和无功补偿装置频繁动作。考虑到柔性互联装置造价昂贵,协同传统电压-无功调节装置,文中提出低压柔性互联装置的选址定容规划方法。首先,分析低压柔性互联装置拓扑和运行方式,建立其潮流模型。其次,建立低压柔性互联装置优化配置的双层规划模型,上层规划以年综合费用最小为目标,下层规划考虑电压-无功协调控制时间序列模型,以运行成本和电压偏差最小为目标,基于粒子群优化算法和混合整数二阶锥规划算法交替求解,得出配电系统最优柔性互联方案和最优运行方式。最后,在IEEE 33节点系统上进行实例分析,验证该双层规划算法的有效性。结果表明,所提方法能有效减少柔性互联装置的过度布置,同时减少由分布式能源频繁波动造成的运行成本。将模型凸化并线性化的方法明显提高了求解效率。

基于凸包理论的含风电电力系统负荷恢复方案优化

大停电事故后,合理的负荷恢复策略对加快电力系统恢复、减少停电损失具有重要意义。针对标准交流潮流方程的非凸性导致负荷恢复模型求解效率低的问题,提出了基于凸包理论的含风电电力系统负荷恢复方案优化方法。首先,简要介绍了凸包理论以及非线性函数的凸包构建方法。其次,针对风电出力的不确定性,采用条件风险价值理论处理风电波动带来的风险,进而建立了直角坐标系下基于凸包理论的电力系统负荷恢复二阶锥优化模型,其中,交流潮流方程中的非线性项采用凸包表达。针对无法精确确定凸包参数的问题,提出了基于迭代更新的参数优化方法,减少因凸包引入的松弛误差。所提出的模型为混合整数二阶锥规划模型,可采用商业求解器高效求解。最后,采用IEEE 39节点系统和改进的广东电力系统验证了所提出模型的有效性。

基于多目标双层规划的分布式电源选址定容

针对高比例分布式电源(distributed generators, DGs)并网位置与容量大小优化问题,提出一种解决多DGs选址定容问题的多目标双层优化模型。该模型中上层模型结合损耗灵敏度和电压稳定指数挑选并网位置,下层模型获得并网位置后以有功损耗、电压偏移指数、电压稳定指数为优化目标函数调整DGs容量。其次,由于下层模型中含有非凸的DistFlow潮流方程,通过二阶锥凸松弛技术将下层模型转化为混合整数二阶锥规划模型,并运用多权重法将多目标优化模型转化为易于处理的单目标优化模型。最后在PG&E69节点系统中测试,结果表明,DGs在最佳位置接入特定容量,可显著降低配电网有功损耗,改善电压分布、提高电网电压稳定性。与现有文献中优化算法对比分析,验证了所提模型的有效性,此外,还分析了测试系统接入DGs的最佳数目和渗透水平。

考虑需求响应的交直流混合配电网分布式光伏承载能力鲁棒评估方法

鲁棒优化通常采用多面体模型来描述分布式光伏出力的不确定性,却忽略了分布式光伏出力的时空相关性,为此,该文建立了分布式光伏的时空相关性多面体模型,提出了考虑需求侧响应的交直流混合配电网分布式光伏承载能力鲁棒评估方法。首先,建立分布式光伏出力不确定性的时空相关性多面体模型和电价激励型需求侧响应模型,以最大化分布式光伏并网容量为目标,考虑交直流混合配电网中多种运行约束和调节策略,建立交直流混合配电网分布式光伏承载能力两阶段鲁棒评估模型,并采用列与约束生成算法进行迭代求解。在70节点系统上验证了算法的有效性,仿真结果表明:不同的管理策略有助于提升交直流混合配电网的分布式光伏承载能力。

含EV充换储一体站的交直流混合配电网优化运行

为了促进电动汽车产业的进一步发展,构建了计及充换储一体站(CSSIS)的交直流混合配电网多时间尺度优化调度模型。首先,基于快充用户行为和城市交通特征分别构建了充电站模型和换电站模型,再结合储能电站模型完成了CSSIS建模。然后,在计及CSSIS、微型燃气轮机和可再生新能源等接入的交直流混合配电网中,构建了优化调度模型。为降低预测精度误差的影响,采用了多时间尺度协调优化策略处理。该模型属于非线性非凸混合整数规划问题,采用线性化和二阶锥松弛方法将其转化为可用商业求解器处理的混合整数二阶锥凸优化模型。最后,以改进的IEEE 50节点系统为例进行了仿真分析,仿真结果验证了交直流混合配电网形式具有更强的适应性,以及CSSIS具有高效参与电网优化运行的能力。

考虑智能软开关接入的主动配电网扩展规划方法

柔性互联装置的广泛应用给主动配电网(active distribution network,ADN)规划带来巨大挑战。该文提出一种考虑智能软开关(soft open point,SOP)接入的ADN扩展规划方法,对变电站新建及扩容,线路新建,智能软开关、分布式电源、储能系统以及无功补偿等设备的选址定容进行协同规划。首先,考虑分布式电源出力和负荷功率不确定性,采用基于改进高斯混合模型的聚类方法构建典型日场景。在此基础上,以年综合费用最小为目标函数,建立了考虑SOP接入的ADN扩展规划模型。然后,通过线性化和二阶锥松弛技术,将原始非凸非线性规划模型转化为混合整数二阶锥规划(mixed-integer second-order cone programming,MISOCP)模型,并提出逐次收缩凸松弛算法以获得凸松弛间隙足够小的原问题最优解。最后,在54节点主动配电网算例上验证了所提规划模型和求解算法的可行性与有效性。

基于广义线性多面体的有源配电网仿射可调鲁棒优化方法

针对传统的多面体集合对分布式光伏出力相关性缺乏考虑,提出了基于广义线性多面体集合的有源配电网仿射可调鲁棒优化方法,以量化相关性对优化结果的影响。首先,采用多面体集合来描述分布式光伏出力的不确定性,利用分布式光伏出力的历史数据得到不确定性出力相关性的分布包络图;然后,结合相关性分布包络图重构了多面体集合的边界,并针对重构后的相关性多面体集合存在的保守性偏大的问题,进一步建立了描述分布式光伏出力相关性的广义多面体集合;最后,通过算例对比分析了广义多面体集合对有源配电网仿射可调鲁棒优化结果的影响。

含混合移动储能的灾后配电网电冷负荷保障策略

现有的灾后配电网夏季应急调度策略普遍从最大化保电角度降低经济损失,未直接度量供冷价值,导致负荷保障成本过高。为此,提出了一种含混合移动储能的灾后配电网电冷负荷保障策略。构建了新型的负荷保障架构,旨在利用移动电储能异地充放电和移动冰储能转移冰蓄冷空调间的储冰,协同保障负荷用能。量化分析了移动电储能和移动冰储能的时空转移、能量变化特性,构建了简化的混合移动储能协同运行模型。在此基础上,以电负荷、冷负荷切除惩罚成本之和为目标,提出了计及潮流约束的配电网负荷保障模型。将优化模型转化为经典的混合整数二阶锥规划问题进行高效求解。算例仿真结果验证了所提策略的合理性与可行性。

考虑循环寿命折损的主动配电网仿射可调鲁棒优化方法

针对主动配电网在源荷储协同下的不确定性优化问题,提出了基于仿射可调鲁棒优化的主动配电网运行策略。首先,考虑分布式光伏的可控模型、循环寿命折损的电池储能模型和ZIP负荷模型,构建了主动配电网优化运行模型。然后,采用椭球集合来描述分布式光伏出力的不确定性,并结合仿射策略形成优化模型中决策变量与分布式光伏出力不确定性变量之间的线性决策机制。最后,通过对偶变换将主动配电网鲁棒优化模型转化为一个确定性的混合整数二阶锥规划模型进行求解。在改进的IEEE33节点算例系统中对比验证了所提出的仿射可调鲁棒优化方法的有效性和优点。

柔性互联配电网故障恢复的云边协同优化算法

柔性互联配电网是未来新型配电网的新发展方向,系统对故障恢复策略及其算法提出了更高的响应速度要求。为提升配电网故障恢复优化算法的响应速度,以柔性互联设备为网络边界,采用云边协同技术,在遵循云边端网络架构的约束下,将健全边缘网络的最优潮流计算前移到配电网正常运行时,采用定时或阈值触发扫描计算并拟合边缘网络最优运行指标与网间交互功率的分段线性关联函数,从而提出基于边缘网络前置预计算的柔性互联配电网故障恢复优化算法及其云边协同调控逻辑。由于各边缘网络的优化计算前置到正常时,且优化模型被限制在边缘网络内,优化模型维度被有效限制,配电网故障恢复算法的响应速度得到提高。算例分析与对比验证表明,所提方法准确且计算效率高。

考虑电池储能老化和需求侧响应的交直流混合配电网动态重构方法

现有的电池储能模型一方面认为电池的充放电功率和效率为固定不变的,另一方面有关电池储能的充放电过程对循环老化的影响缺少考虑,这与电池单元本体的非线性等效电路模型相违背。因此,考虑电池储能的循环老化成本、需求侧响应,提出了交直流混合配电网动态重构方法。通过对实际电池储能的充放电功率的运行区域进行采样,在凸包络的采样点集合中将非理想状态下的电池储能模型重构为线性模型。在此基础上,分别建立了基于累积吞吐电量和放电深度的循环老化成本模型,构建了综合成本最小化的交直流混合配电网动态重构模型。并采用混合整数二阶锥规划方法求解。在改进的33节点算例上仿真验证了所提基于放电深度的循环老化成本模型的经济性,分析了交直流混合配电网重构方法经济性的影响因素。

考虑重构策略的配电网可靠性增值服务双层博弈模型及其求解

竞争性售电市场快速发展,差异化可靠性服务前景广阔,但仍受信息不对称问题与“搭车”现象制约。为此,针对可靠性服务优先的配电网重构问题,搭建各市场主体间双层博弈模型。首先,基于最小路法定义了具有差异化与精准化特征的可靠性服务。其次,设计配电网运营商(distribution system operator,DSO)与可靠性服务聚合商(reliability service aggregator,RSA)的合同模式,分析DSO、RSA与用户三方的博弈关系。在上层主从博弈中,DSO为主方,RSA为从方,双方通过博弈实现各自效益,并确定重构策略与下层总费用;在下层合作博弈中,可用Shapley值法实现用户总费用的公平分配。在证明该双层博弈模型纳什均衡存在性前提下,采用分散迭代法可实现稳定求解。算例分析表明,所提方法在适当市场机制下,可精准保障停电时优先用户可靠供电,满足用户差异化的可靠性需求。

含光伏配电网中储能和无功补偿装置协调的多目标凸优化配置方法

为解决光伏出力波动引起的配电网节点电压安全越限问题,提高配电网运行的经济性和最大供电能力,提出了含分布式光伏的配电网储能和无功补偿装置协调多目标优化配置模型,以最小化储能与无功补偿装置的投资运行成本和最大化配电网最大供电能力为目标,优化决策配电网中储能装置和无功补偿装置的安装位置与容量;采用二阶锥松弛技术将原混合整数非线性规划模型转化成混合整数二阶锥规划模型,以降低模型求解的难度和提高计算效率。提出了一种基于抛物线逼近法的搜索算法,可直接在Pareto前沿上搜索得到多目标优化模型的折中最优解。以某一实际含分布式光伏的180节点配电网为例,通过进行储能和无功补偿装置的协调优化配置计算,验证了所提方法能够快速求解出一个经济性与供电能力综合优化程度较高的决策方案。

基于负荷有序聚类的主动配电网储能规划方法

为了充分挖掘电力负荷的时序性、周期性特点,进而提升配电网储能规划的可靠性与经济性,首先,在对全年3种典型负荷曲线进行相似度分析的基础上,通过有序聚类法对各类负荷曲线按照全年时间序列进行更精细聚类;然后,将配电网中移动储能动态配置的最小时间单位按月规划,进而提出一种基于负荷有序聚类的主动配电网储能规划方法;最后,采用IEEE 33节点系统对所提方法进行验证。算例结果表明:考虑负荷实际时序特性的储能配置方案经济性更优,更能真实反映配电网的实际运行情况。该方案是对配电网中储能设备灵活运用的有效扩展,可以更好地服务于主动配电网负荷多变的运行情况,进而更好地发挥储能作用。

计及风电相关性的主动配电网有功无功协调鲁棒优化调度策略

随着风电渗透率的不断提高,如何在提高主动配电网运行稳定性的同时减少运行成本,成为亟待解决的问题。考虑储能、燃气轮机以及变压器分接头、电容器组投切等主动管理措施,建立以降低配电网运行成本和缩小电压偏差为目标的主动配电网有功无功协调鲁棒优化调度模型。针对风电机组出力相关性,利用最小体积封闭椭球(minimum volume enclosing ellipsoid,MVEE)算法将风电出力场景转化为椭圆不确定集合约束,改善了传统区间不确定集合过于保守的缺点。利用锥对偶理论,将构建的鲁棒模型转化为上下两层混合整数二阶锥规划问题,采用列约束生成算法进行求解。在改进的IEEE 33节点配电网算例中进行仿真分析,研究了风电出力相关性对配电网优化调度的影响,验证了所提方法的经济性和鲁棒性。

基于改进Benders分解的配电网扩展规划机会约束优化方法

为了解决已有配电系统规划中非线性潮流模型建模问题和不确定性优化效率问题,文中提出了基于双线性Benders分解的配电网扩展规划机会约束优化方法。通过在规划投资层面和运行优化层面进行分阶段,构建了两阶段随机混合整数二阶锥规划模型;为了避免极端场景下导致的高昂投资成本,进一步扩展了传统的Benders分解方法,设计了基于双线性Benders分解的机会约束优化方法。通过三个算例系统验证了所提方法具有强健的鲁棒性。

计及合环约束的分布式电源与配电网联合优化

针对分布式电源(DG)出力不稳定以及线路负荷波动大对电网造成的不利影响,提出了一种计及合环约束的分布式电源与配电网联合优化模型。上层模型考虑线路拓扑重构,对DG进行选址定容;下层模型计及DG出力的时序特性,动态调整线路拓扑,进一步提升对于DG的接纳,并且优化线路的运行。同时,在重构的过程中考虑合环电流约束以确保方案的可行性,并采用二阶锥松弛将原问题转换为混合整数二阶锥规划。最后,在MATLAB环境下通过cplex求解器,以IEEE33节点模型为例开展仿真分析,验证了所提方法的有效性。

考虑热网潮流的区域热-电综合能源系统协同优化配置研究

区域热-电综合能源系统作为连接跨区域和用户侧综合能源系统的“桥梁”,如何协同其设备配置与系统运行是值得关注的问题。首先,研究建立了考虑流向可变量调节运行方式下的热网模型,通过松弛结合罚函数的方式将其转化为二阶锥形式;进一步结合其他设备及电网潮流模型建立了协同优化配置模型,该模型下的设备配置策略能够同时优化多种设备接入节点的位置及其配置容量。算例结果表明:与传统配置策略相比,同时考虑设备容量及节点位置的配置策略能够减少设备容量配置冗余,降低规划及运行综合成本;流向可变的热网模型能提供更灵活的运行方式以增加设备配置的灵活性,得到成本更低的配置方案。

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。

基于混合整数线性规划的含ZIP负荷有源配电网重构方法

随着分布式电源并网和负荷类型的日益复杂,传统配电网重构模型尚未考虑复杂的综合负荷模型。提出了考虑ZIP综合负荷模型的有源配电网混合整数线性规划方法。在辐射状配电网二阶锥潮流模型的基础上,通过线性回归法将ZIP负荷模型等效为ZP负荷模型,建立基于混合整数二阶锥规划的有源配电网重构模型。通过多面体近似将二阶锥约束进行线性化,建立基于混合整数线性规划的有源配电网重构模型。在三个不同规模配电系统的仿真结果表明,基于混合整数线性规划的有源配电网重构模型精度与基于混合整数二阶锥规划的几乎相同,但优化效率提高了15%~30%,具有较高的优化精度和效率。