考虑N-1安全约束的分布式电源出力控制可视化方法

配电网运行需满足N-1安全准则,而现有文献中的分布式电源(DG)优化运行模型均未计及N-1准则,所得出力策略未必满足系统安全要求。为解决这一基础性问题,提出了一种考虑N-1安全约束的DG出力控制可视化方法。首先,介绍了配电系统安全域理论,给出了安全域、安全边界和安全距离的概念、模型和意义。其次,利用坐标变换技术,定义了风光转换系数,以研究以风电和光伏发电为代表的DG组合的出力特性。然后,分析了考虑节点电压限制和N-1潮流约束的DG出力上限求解方法。此外,以每条馈线为研究单位,给出了DG出力控制可视化流程。最后,通过修改的IEEE RBTS-Bus4配电系统算例进行了验证,结果表明建立的DG出力控制方法具有合理性和可视化的特点,并能满足N-1安全。在保证资产效率最大化的同时,此法为含DG的配电网在线安全监视、评价提供了一定的理论和实践凭据。

考虑UPFC控制模式的N-1安全约束最优潮流及应用

统一潮流控制器(UPFC)能有效解决电网潮流分布不均引起的一系列问题,近年来受到广泛关注。为进一步挖掘UPFC控制潜力、提高电网运行的安全性,提出了一种考虑UPFC控制模式的N-1安全约束最优潮流模型。首先,建立了考虑UPFC双回线结构的等效功率注入模型;其次,结合中国苏州南部500 kV实际电网算例,分析了UPFC控制模式对静态安全性的影响,指出了在潮流优化过程中考虑UPFC控制模式的必要性;最终,构建以静态安全裕度为目标的优化模型,并在优化的过程中充分计及UPFC控制模式对系统N-1故障后潮流分布的影响,实现系统运行参数与UPFC控制模式的共同择优。基于苏州南部电网的仿真算例表明,所提的潮流优化方法能够充分挖掘UPFC的静态控制潜力,显著提高系统的静态安全水平。

基于机会约束及N-1安全约束的风光联合储能系统选址定容优化

为了解决风光联合储能系统选址定容的难题,提出了一种考虑机会约束及N-1安全约束的风光联合储能系统规划方法,该方法可以求解风光联合储能系统的安装位置、额定功率与容量,在保证电网可靠运行的条件下,增加可再生能源消纳比例。利用测试系统IEEERTS-96构建了仿真算例,使用改进广义Benders分解法进行计算,同时利用灵敏度法对求解结果进行比较。算例结果验证所提方法能够确保电网N-1状态下运行的可靠性,与不考虑N-1安全约束进行对比,该结果尽管经济效益略有下降,然而安全指标都取得显著提升。该方法保证了电网N-1状态下安全性的经济效益最大,以期为可靠性需求较高的储能系统规划提供参考。

考虑N-1安全约束的风—火—蓄联合优化调度模型及仿真

为缓解风电随机性对系统安全运行的影响,引入风电惩罚成本,建立了风电与抽水蓄能电站联合调度优化模型,模型以总发电成本最小为目标函数,考虑了N-1条件下的网络安全约束及风电、火电、抽水蓄能等一系列约束条件,并采用简化N-1安全验证的方法,提高了求解效率。以改进的IEEE30节点系统作为仿真系统,分析了不同情景下系统调度结果。结果表明,所提模型可防止因机组出力调节不及时带来的线路越限问题,并在满足相应的安全约束条件下,可有效降低系统运行成本,减少弃风。

考虑N-1安全网络约束的输电网结构优化

输电网结构优化是控制输电阻塞的手段之一。且当负荷处于较低水平、系统裕度较高时,也可以通过结构优化提高设备的利用率。为了在开断部分线路的同时保证系统安全性,建立考虑N-1安全网络约束的输电网结构优化模型。通过对可开断线路潮流方程进行线性化,将原有模型转化成混合整数线性规划形式。为了应对负荷的短期波动及风电出力不确定性对电网结构优化结果的影响,采用吸引子传播(AP)聚类算法构建不同的运行场景。以修改的IEEE-RTS 24节点系统为例对所提模型进行验证和分析,结果表明,在满足一定的安全约束条件下,断开某些输电网线路可以减轻输电阻塞、降低系统的运行成本、提高线路的负载率水平。

高比例风电背景下计及N-1安全网络约束的发输电优化规划

高比例可再生能源接入将是未来电网发展的重要方向之一,为应对高比例风电带来的不确定性,提高规划方案对风电的消纳能力及模型求解效率,该文利用多场景技术对风电、负荷的不确定性进行建模,在此基础上建立了计及N-1安全网络约束的发输电双层随机规划模型。上层模型以年投资成本、运行成本及弃风惩罚成本之和最小为目标,考虑了发电机组的开停机和输电网拓扑结构的改变。为减少机组由于爬坡能力和容量不足而造成的弃能,约束条件中计及了机组爬坡/下坡速率和备用等。下层模型以切负荷最小为目标,进行N-1安全校核。上下层模型以N-1线路约束为纽带,通过迭代添加新的校验约束,以达到降低求解规模、加快算法收敛的目的。改进的IEEE-RTS 24节点系统验证了本文所提模型和算法的有效性。

N-1静态安全潮流约束下的输电断面有功潮流控制

运用支路开断分布系数和直流潮流分析了输电断面的N-1静态安全有功潮流约束。根据断面有功潮流与N-1状态下支路潮流的关系,提出了衡量断面潮流控制合理性的原则。研究表明,断面有功潮流与N-1状态下支路潮流的关系随系统的发电模式以及负荷模式的变化而改变,从而导致了通过控制断面潮流来满足电网的N-1静态安全约束必然趋于保守,而直接运用线路开断后的计算潮流值进行N-1静态安全潮流分析将会显著提高输电断面的功率输送能力。

基于N-1静态安全约束的输电断面有功潮流控制

输电断面的有功潮流控制是电网运行中的重要预防控制手段。基于直流潮流研究了输电断面的N-1静态安全潮流约束,分析表明断面潮流是节点注入功率的线性组合。运用支路开断分布系数分析了断面潮流与N-1状态下线路潮流的关系,指出其随着系统发电模式以及负荷模式的变化而改变,并提出了采用各种运行方式下断面潮流与N-1状态下线路潮流的比值变化范围来衡量断面潮流控制的合理性。算例针对实际电网运行中的输电断面有功潮流控制问题,结果表明,采用断面潮流控制必然趋于保守,在电网实时运行数据非常可靠的前提下,运行监视及控制直接采用线路开断后的计算潮流值将会显著提高受N-1静态安全约束的断面输送能力,对提高区域间的功率交换能力具有重要意义。

基于机会约束的考虑N–1安全约束的储能优化配置方法

为了解决公共储能在含高比例可再生能源输电网中选址定容的问题,提出了一种基于机会约束的虑及N–1安全约束的公共储能规划方法,用于计算公共储能的安装地点、额定容量和功率配置,在确保输电网安全运行的前提下,提升输电网的经济效益和新能源消纳比例。该方法综合考虑常规电厂、可再生能源电站和储能投资者三方利益,以输电网发电成本、弃风光惩罚最小和储能收益最大为目标函数,在考虑常规发电机组开、停状态和出力约束的同时考虑储能的充、放电状态及充、放电功率约束,在考虑输电网正常状态下安全约束的同时考虑输电网N–1状态下的安全约束。针对发输电可靠性测试系统IEEE RTS–96建立了仿真算例,以典型日负荷、风电和光伏预测出力数据作为依据,利用改进广义Benders分解法进行求解,并使用灵敏度分析法对优化结果进行对比分析,分析结果表明,所得储能优化方案可有效消除N–1故障时的支路潮流越限,能够保证输电网N–1状态下的安全运行,相较于不考虑N–1网络安全约束,本文方法所得优化结果虽然经济性略有降低,但是在线机组最大容量、负载率均衡度等安全指标均得到明显提高,提升了储能整合后输电网运行的安全性。所得储能规划方案实现了确保输电网N–1安全性的经济性最优,可用于指导对安全性要求较高的储能规划,具有一定的工程实用价值。

校正型安全约束经济调度模型研究

安全约束经济调度广泛应用于电力系统运行和规划,为了降低电网的购电成本,提高计算结果的精确度,提出了考虑负荷转供的校正型安全约束经济调度模型,建立交流潮流模型精确计及有功及无功约束,应用N-1故障后的校正措施,减少约束条件对运行点的限制,节约成本。基于交流最优潮流模型建立考虑N—1静态安全约束的校正型经济调度模型,校正型控制措施包括发电再调度和负荷转供,对配电网的负荷转供过程进行简化和建模,并计及负荷转供给用户带来的经济损失。使用Benders分解法求解原问题,将原问题解耦为正常状态主问题和N-1线路故障子问题,以提高求解速度。最后,在标准算例中验证对所提模型有效性,相比预防型控制模型,电网的运行成本降低了1%。

含混合型潮流控制器的风电并网系统潮流优化

混合型潮流控制器(hybrid power flow controller,HPFC)可以有效解决风电并网系统中存在的支路潮流过载问题,且相较于统一潮流控制器成本更低。针对现有的HPFC潮流优化研究尚未计及支路潮流最大值约束和风电不确定性的问题,提出一种基于场景削减的含HPFC风电并网系统最优潮流模型。首先,建立HPFC的功率注入模型,并推导了注入功率表达式;其次,采用K均值算法削减风电、负荷概率场景,通过CH(+)指标选择最优场景集合;最后,建立兼顾发电机运行成本、系统网络损耗、正常运行及N-1故障下的支路负载率的多目标优化模型,采用多目标粒子群优化(multi-objective particle swarm optimization,MOPSO)算法进行求解,利用模糊满意度函数在Pareto解集中筛选出折衷解。在MATLAB中仿真验证所提方法的有效性,结果表明该方法可以计及风电不确定性,保证电网在不同场景下的安全经济运行。

考虑经济安全性的有源配电网供电能力研究

与传统配电网不同,接入有源配电网的可控分布式电源能够参与配电网的经济运行。可控分布式电源的出力分配由主动配电网的经济调度策略确定。为实现供电能力最大化,可控分布式电源通常运行在额定状态,这与经济运行的目标相背离。而且配电网运行需满足N-1安全准则,而现有文献中的分布式电源(DG)优化运行模型均未计及N-1准则,所得出力策略未必满足系统安全要求。综上所述,为解决这一问题,提出了一种考虑经济调度和N-1安全约束的供电能力模型。以供电能力经济比最小和安全距离均衡比最小为多目标,算例表明所提模型能保证N-1安全,实现了综合考虑系统经济性、安全性下的最优,验证了所提模型是合理、有效的。

城市电网输配全局最大供电能力分析

城市电网是包含输电网和高压配电网的全局电力系统。传统电网供电能力分析中,往往分别对输电网和配电网单独求解,割裂了输配电网之间的统一协调关系。针对这一问题,提出了城市电网全局最大供电能力分析模型。首先,针对输电网结构特点,结合改进的潮流计算模型,采用线性规划法求解输电网满足N-1约束的安全供电能力;其次,针对高压配电网的结构和负荷特性,建立基于需求侧分析的高压配电网最大供电能力分析模型;最后,进行电能阻塞分析,求取城市电网全局最大供电能力。通过算例证实了该分析体系能有效计算城市电网的全局最大供电能力,定位电网整体供电能力的薄弱环节,为电网规划提供参考数据。

考虑关键故障筛选的电-气互联综合能源系统混合控制方法

电网与气网耦合日益加深,分析电网或气网故障对电-气互联综合能源系统安全稳定运行的影响具有重要意义。在此背景下,计及电-气互联综合能源系统的互补特性,提出一种考虑关键故障筛选的混合控制方法。该方法为一种迭代算法:主问题针对预想故障集中的关键故障集,提出最优预防控制策略;子问题基于主问题控制策略,针对预想故障集中关键故障外的其他故障进行优化校正,并根据切负荷阈值筛选出其中关键故障添加至关键故障集。最后,以IEEE24节点电力系统和25节点天然气系统为算例,验证了所提算法的有效性。

基于改进多中心—校正内点法的可用输电能力计算

针对采用预测—校正内点法求解可用输电能力时可能出现的校正方向错误的缺点,提出基于改进多中心—校正内点法的可用输电能力计算方法。该方法保留了多中心—校正内点法的校正步,解决了计算过程中因校正方向错误而产生的迭代发散问题。选择以预测校正方向作为预测步的仿射方向,并通过预设逻辑判断,有选择地对预测校正过程中校正方向进行加权优化,进一步提高了计算的收敛性。通过对IEEE标准测试系统和某省电网实际系统的仿真计算,验证了该算法的可行性。

基于输配全局的城市电网供电能力研究

提出一种基于输配全局的城市电网供电能力分析模型。采用基于直流潮流的线性规划模型对城市电网输电网络供电能力进行求解并将其作为系统上层约束;将传统配电网模型细化至中压馈线,分别构建高、中压配电网供电能力模型;计算N-1安全约束下高压配电线路、中压配电变压器及中压配电线路在不同转供方式下对应的最大供电能力,选取其中最小值作为系统最大供电能力。算例结果表明:基于输配全局的分析方法可以有效量化输电网对城市电网供电能力的影响,同时根据不同转供方式下的供电能力差异能够直观地对变压器故障情况下的负荷转移方式做出选择,验证了所提模型的有效性。

考虑负荷转供的校正型安全约束最优潮流模型研究

针对电力系统的经济调度问题,采用最优潮流模型求解考虑N-1静态安全约束的经济调度问题,为了反映电网对故障的调节能力,在N-1故障状态下提出通过网络重构将故障区域负荷转移至其他未受影响的区域,即负荷转供能力。建立了考虑中高压配电网的负荷转供安全约束最优潮流模型,减少调度高价的安全约束必开机组,有效降低电网的购电成本。在标准算例中将校正型控制模型与预防型控制模型进行对比,验证文中所提模型能够降低4%购电成本。

含多分区电力系统能量备用实时优化调度的动态积极集求解算法

网络阻塞和故障停运导致备用存在供应问题,为了保证含多分区电力系统备用的有效性和网络的安全性,在实时优化调度中提出分区备用要求和新的求解算法,分析了含多分区的孤立和受端电力系统备用容量需求,建立了一种以电能和备用购买费用最小为目标函数的能量备用实时优化调度模型,同时计及了系统备用要求、分区备用要求、N-1安全准则等约束条件。该模型是一个超大规模的优化问题,因此文中将动态积极集法引入电力系统优化调度问题,对其进行迭代求解。最后,对IEEE 118节点标准测试系统和我国某典型受端电网进行算例分析,结果表明,采用提出的实时优化调度模型和动态积极集求解算法在满足电力系统实时调度计算时间要求的同时,求解得到能量备用的实时优化调度方案以及N-1故障后备用调用方案,验证了模型的合理性和算法的可行性。该算法可以有效解决备用的供应问题,提高电网运行的安全性,为含多分区电力系统的实时优化调度提供有意义的探索。

220 kV电网供电能力计算的改进Benders分解法

Benders解耦技术在求解含N-1静态安全约束的最大供电能力(total supplying capability,TSC)问题上具有乐观的应用前景,但不同的求解策略存在效率和性能上的显著差异。为更高效地求解TSC问题,该文提出一种改进的伪串行策略。首先,在处理子问题时加入核心事故筛选环节,减少冗余计算量;其次,采用"逐个添加,均值反馈"策略,避免子问题对主问题的过度修正。算例分析表明,相比于现有文献中的方法,文中方法得到了更优的解,同时加快了收敛速度。文中方法可为电网的优化规划及运行提供量化辅助手段,为实现供电能力的在线计算、实时掌握电网运行的安全裕度探索实用的解决途径。

考虑直流系统双极闭锁故障的受端电网运行成本优化

现有的电力系统运行优化大多没有考虑故障短期运行安全约束,导致其优化结果没有为故障短期内快速控制保留充分有功备用,尤其在含特高压直流输入的电力系统发生直流闭锁故障后将会出现大量有功缺额,从而导致故障后系统大面积切负荷,给电力系统带来了严重经济损失。提出了一种考虑故障短期运行安全约束的含特高压接入受端系统发输电运行优化模型。首先,在含特高压接入受端系统中设置含直流双极闭锁在内的多个N-1故障。其次,在传统N-1安全约束下最优潮流规划模型中加入故障短期安全约束。最后,以发输电成本最小和切负荷成本最小为目标函数,提出了含特高压接入的受端电网运行成本优化模型。该模型在修改后的IEEE39节点系统中得到验证。