基于二阶锥规划最优潮流计算的主动配电网动态重构研究

为有效应对大规模可再生能源接入电网的不确定性与波动性,实现配网最优运行,提出一种考虑分布式电源时变性与负荷需求特性的动态网络重构优化方法。先针对传统静态支路潮流模型的非凸性,引入松弛变量,将其转化为二阶锥约束,建立基于二阶锥松弛的最优潮流模型;再综合考虑主动配电网环境中的主动管理元素等约束,在保证电压稳定性的前提下,以网络损耗与购电量最小为优化目标,建立高比例分布式电源接入下的多时段配电网重构模型;最后,采用YALMIP工具包和Gurobi求解器进行建模求解,并通过适配IEEE 33节点模型进行实证分析。算例结果表明:所提方案得到的系统期望网络损耗值从0.176 MW减小到0.097 MW,其网络损耗值比粒子群算法的降低了11.95%,其电压水平比粒子群算法的提高了0.76%。该模型的有效性得到了验证。

基于锥规划的配电网故障区段定位

针对配电网量测装置不足、故障区段定位不准等问题,提出基于锥规划的配电网故障区段定位算法。首先,对微型同步相量量测单元进行合理配置,建立克拉克电流-量测关联矩阵;其次,构建上下级区段克拉克电流均方值最小的锥规划模型,提出锥规划的近似求解算法;最后,通过Simulink进行仿真验证。结果表明,在不同故障类型情况下均可对故障区段进行准确定位。

基于二阶锥规划的FIR最小主瓣差异波束形成

针对传统宽带数字波束形成器精度低、主瓣误差大、旁瓣峰值高的问题,研究了一种基于二阶锥规划的FIR最小主瓣差异波束形成方法。首先采用基于FIR滤波器结构设计出的波束形成器,将传统方法中的小数预延迟改进为整数预延迟与FIR滤波器结合,以提高精度。然后,通过引入滤波器系数,将旁瓣级与FIR滤波器的阻带衰减级联系在一起,并且采用全局优化的方法将传统方法中的2个凸优化问题合为1个凸优化问题,确保了所得解是综合最优解。最后,重新定义主瓣响应误差,提出基于旁瓣峰值约束Minimax主瓣差异的FIR波束形成器设计准则。仿真结果表明,所提方法在时、空、频域中的表现都优于传统宽带波束形成方法。

基于鲁棒混合整数二阶锥规划的配电网故障恢复策略

为提升配电网的弹性和可靠性以加强配电网的故障供电恢复能力,提出了一种基于鲁棒混合整数二阶锥规划的配电网故障恢复策略。首先,建立了配电网支路潮流方程的凸二阶锥模型以便于计算模型的最优解;其次,以失电负荷功率和开关动作次数最小化为目标,以功率流约束、支路潮流约束、母线电压平衡约束、母线电压安全约束、支路电流约束和辐射运行约束为主要约束条件,建立求解优化问题。最后,在三个测试系统上进行了仿真分析,结果表明:基于鲁棒混合整数二阶锥规划方法的配电网故障恢复策略可以实现开关切换次数和负载断电时间的最小化,为配电网的故障恢复提供快速可靠的供电恢复方案。

基于序列锥规划的MIMO雷达正交连续相位编码波形设计

提出了一种基于序列锥规划的多输入多输出雷达正交连续相位编码波形设计方法,以最小化发射信号的自相关峰值旁瓣电平和互相关峰值电平为目标函数,利用序列锥规划在每一个迭代点对其进行一阶泰勒近似,将原问题转化为一系列二阶锥规划子问题,以便采用原对偶内点算法进行有效求解;为了进一步提高算法的优化性能,对相位增量的门限进行线性变化约束。仿真表明,发射阵元个数和编码长度一定时,所提方法设计的正交波形性能明显优于现有方法,而且该方法能够对正交波形的自相关峰值旁瓣电平和互相关峰值电平分别进行定量控制,以便兼顾两者的性能指标,因而在波形设计时更具灵活性。

具有补偿的两阶段随机二阶锥规划问题的一个等价形式

确定的二阶锥规划(DSOCP)是一类凸优化问题,为处理DSOCP的数据的不确定性,具有补偿的随机二阶锥规划问题备受关注.有许多重要的实际问题,如随机欧几里得设施位置问题、具有损失风险约束的投资组合优化问题、最优覆盖随机椭球问题等均可建模为具有补偿的随机二阶锥规划问题,有效求解方法多为内点法.讨论具有补偿的随机两阶段二阶锥规划问题,在Slater约束规范条件下,探讨了第二阶段问题的对偶问题及最优值函数的次微分性质,在随机变量的概率分布具有有限支撑的条件下,给出了两阶段随机二阶锥规划问题的一个等价的线性二阶锥规划问题.

基于序列锥规划方法的群延时约束等纹波有限冲激响应数字滤波器优化设计

有限冲激响应数字滤波器(FIR)的优化设计理论,一般是使设计的FIR滤波器频率响应与期望滤波器频率响应之间的误差最小并通过优化技术进行求解。但是已有的这些方法大都关注于通带和阻带内的幅频特性,而对于非线性群延时约束考虑较少,因此对于群延时要求较高的应用场合,这些方法是不适用的。该文提出了一种群延时约束的等纹波有限冲激响应数字滤波器设计新方法,该方法主要思想是采用泰勒级数近似将带有非线性群延时约束条件的原等纹波滤波器优化设计问题在好的初始迭代点附近转化为序列二阶锥规划子问题进行求解,较好的解决了对群延时要求较高的问题。仿真结果表明,该方法可以有效的减小滤波器群延时误差,最小化通带和阻带纹波,提高了滤波器的优化设计性能。

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。

基于混合整数二阶锥规划的主动配电网有功–无功协调多时段优化运行

通过日前多时段优化,可以为主动配电网中的分布式电源、无功补偿装置和储能装置安排合理高效的生产计划,以达到调节电压水平、提高能源资源利用率、节能降损的目的。首先建立基于三相Distflow潮流的辐射状配电网有功–无功协调动态优化模型。该模型考虑分布式电源出力、储能装置充放电功率、电容器阻投切等连续和离散决策变量,是一个典型的混合整数非凸非线性规划。该类模型缺乏严格高效的求解方法。为此,采用二阶锥松弛技术将其中的三相潮流方程进行凸化松弛,使得优化问题转化为可有效求解的混合整数二阶锥规划模型。最后,采用扩展的IEEE 33节点三相测试系统仿真计算,利用MOSEK等算法包求得电网中各设备动作时刻和投运容量,验证了所提方法寻优稳定、松弛精确、计算高效等特性。

基于二阶锥规划的有源配电网SNOP电压无功时序控制方法

智能软开关(soft normally open point,SNOP)是一种代替传统联络开关可进行实时功率控制的电力电子装置,在正常运行时主要提供有功功率的传输,当电压问题突出时,SNOP可进行电压无功控制。为此,首先建立了SNOP电压无功控制问题的时序模型,该模型数学上属于大规模非线性规划问题,给计算求解带来较大的挑战;通过采用凸松弛技术将其转化为二阶锥模型,实现该问题的快速、准确求解;最后,采用IEEE 33节点算例,对所提出的优化模型与求解方法进行了分析与验证。结果表明,利用SNOP在有源配电网中进行电压无功控制,可以有效地缓解电压波动、降低系统损耗;基于二阶锥规划的求解方法在保证求解最优性的同时,极大地提高了计算效率。

基于二阶锥规划的含大规模风电接入的直流电网储能配置

随着风电规模的快速增长,其消纳问题日益突出,直流电网结合储能技术能为风电大规模消纳提供一定技术支撑。以典型日下储能日化投资、火电机组运行成本与弃风惩罚成本之和最小为目标,提出了一种直流电网储能容量规划模型。模型综合考虑了火电机组、电池储能、抽蓄机组的协调运行,为非凸非线性模型,无法通过求解器直接求解。采用分段线性化、大M法及锥松弛等手段将模型转化为等效的二阶锥规划模型,可调用CPLEX求解器获得模型的全局最优解。最后,以风电汇集的多端直流系统为例进行仿真验证,结果表明配置的储能可提高系统风电消纳能力,降低系统运行成本,验证了所提模型的有效性。

含新能源电力系统机会约束经济调度的二阶锥规划方法

考虑到新能源发电的随机性、反调峰性和预测困难等问题,提出了一种适用含新能源接入的电力系统的机会约束经济调度(Chance Constrained Economic Dispatch,CCED)二阶锥规划方法。该方法首先将新能源发电出力预测结果与真实值的偏差作为随机变量,计及系统运行限制的概率约束条件,建立以发电成本期望值最小为目标的电力系统CCED模型。然后根据其约束条件的特点,构建CCED问题的二阶锥规划描述,将原概率约束优化问题转化为确定性的非线性优化问题,采用现代内点算法加以求解,其求解过程仅需进行一次非线性规划问题的求解。通过IEEE-30系统的计算结果,验证了所提模型与方法的有效性和可行性,同时也表明该方法在保持较高计算精度的同时,也具有较高的计算效率。

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。

考虑电动汽车充电策略的配网重构二阶锥规划模型

大规模电动汽车充电负荷无序接入配电网将影响配电网经济运行,该文从配网重构和电动汽车充电策略两方面采取措施。建立基于混合整数二阶锥规划的交流潮流配电网重构模型,为了生成辐射网络,提出基于潮流方程的网络连通性条件,将其与辐射结构的必要条件结合,得到辐射结构配电网的充要约束条件。基于美国家庭交通问卷调查数据提取出电动汽车无序充电负荷,针对充电负荷对原负荷曲线的影响,提出"延时"与"错峰"两种充电策略,并将其转化成约束条件,在配电网重构模型中同时优化延时时长。对IEEE33节点配电网系统进行仿真,分析了充电汽车对配网重构的影响。

基于二阶锥规划的间歇性分布式电源消纳研究

分析了主动配电网(ADN)中各种主动管理措施的机理。基于变压器高压侧电压、负荷、间歇性分布式电源(IDG)时序特性,通过配电网潮流方程及约束条件松弛,提出ADN中IDG消纳的二阶锥规划(SOCP)模型。该模型以IDG消纳量最大为目标函数,考虑分布式电源出力切除、有载调压变压器(OLTC)分接头调节、无功补偿等多种主动管理措施。采用CVX建模工具包及GUROBI解法器对模型进行求解。改进的IEEE 33节点算例验证了模型的有效性。

一种分解迭代二阶锥规划鲁棒自适应波束形成算法

为有效克服导向矢量大失配误差对自适应波束形成器的影响,该文提出了一种最差性能最优的分解迭代鲁棒自适应波束形成算法。该算法对非凸的幅度响应约束问题进行分解处理,将问题转化为迭代的二阶锥规划问题,从而可对鲁棒响应区的波束宽度和纹波水平进行自由控制,并可得到较高的输出信干噪比。此外,与现有大部分该类鲁棒波束形成方法相比,提出的算法直接对权矢量进行优化,无需使用谱分解算法,避免了阵列结构的限制,可适用于任意阵形。仿真结果验证了算法的正确性和有效性。

求解大规模机组组合问题的二阶锥规划方法

基于混合整数二阶锥规划(mixed integer second-order cone programming,MI-SOCP)提出一种求解电力系统计及爬坡约束机组组合问题(unit commitment,UC)的新方法。利用UC问题的混合整数二次规划(mixed integer quadratic programming,MI-QP)模型和一个简单混合整数集合的凸包表示,产生UC问题一个更紧的MI-SOCP模型。将最小覆盖不等式作为割平面,应用内点割平面法求解MI-SOCP以获得不计爬坡约束UC问题的机组启停状态。为满足爬坡约束,提出一种简单易行的机组启停状态修正方法。100机组96时段等多个系统的仿真结果表明,利用内点割平面法求解2种模型时,MI-SOCP能比MI-QP获得质量更好的次优解,所提方法能有效处理爬坡约束,适用于大规模的UC问题。

基于二阶锥规划的峰值旁瓣抑制滤波器设计

针对相位编码信号的高旁瓣问题,提出一种基于二阶锥规化的峰值旁瓣抑制滤波器设计方法。将最大增益处理损失约束下的最小峰值旁瓣滤波器设计转化为二阶锥规化问题,采用内点法进行高效求解。与已有方法相比,所提方法可以兼顾峰值旁瓣、处理增益损失和滤波器长度三方面的指标,具有设计灵活、精度高和收敛性好的优点。最后仿真和实测数据结果验证了方法的有效性。

基于二阶锥规划的边坡稳定上限有限元分析

边坡稳定上限极限分析通常采用三节点三角形单元,并对屈服准则线性化,因而其计算精度较低。针对此问题,基于六节点三角形单元和二阶锥规划,假设材料严格满足Mohr-Coulomb屈服准则并考虑孔隙水压力与地震荷载的作用,发展了一种应用于边坡稳定性分析的上限有限元法,扩大了上限极限分析的应用范围。根据上限定理,在满足屈服条件、流动法则、功能平衡以及相应的边界条件的基础上,将边坡稳定的上限分析形成二阶锥规划数学模型,并用先进的内点法进行求解。通过2个算例的计算分析,并与已有计算方法进行对比,验证了本文方法的正确性与可行性,并表明该方法的计算结果并不明显依赖于有限元网格的密度,且材料内摩擦角较大时,仍具有较高的计算精度。

基于混合整数二次锥规划方法的含分布式电源配电网优化重构方法

含分布式电源(DG)的配电网重构问题属于NP难问题,数学规划是寻求该类问题求解方法的一个良好途径。提出了一个种含DG配电网优化重构的混合整数二次锥规划模型,并使用具有多项式时间复杂性的内点算法进行求解。考虑了开关状态,不同类型DG的投切、出力状态,将其作为优化变量;使用线性加权和法将配电网运行费用、可再生能源损失统一为综合费用,作为规划的目标函数;将潮流约束进行变换并合理松弛为二次锥约束,最终建立了混合整数二次锥规划模型。最后通过算例证明了求解相同优化重构问题时该方法较已有方法得出结果更优,以综合费用最小为目标时得出的结果同时有利于可再生能源消纳、降低网损和减少费用。