求解大规模AC/DC最优潮流的连续递推内点算法

提出连续递推的内点算法框架,以期解决原始–对偶内点法求解大规模交直流系统最优潮流收敛难的问题。基于牛顿法的连续递推思想,将一阶KKT(Karush-Kuhn-Tucker)非线性方程组转化为自治常微分方程组,可采用多种数值积分方法求解,进而获得不同于传统牛顿法的新方向,改善了原始–对偶内点法的收敛性。多达11585条线路的5个大规模实际系统的计算表明,该算法步长大、收敛性好、鲁棒性强,特别适合求解大规模交直流系统在苛刻运行条件下的最优潮流问题,具有广阔的应用前景。

AC/DC系统潮流计算的部分直流变量消除法

为克服AC/DC系统的潮流计算方法中的变量消除法的不足,提出了部分直流变量消除法.该方法的模型中将换流器等效为依赖于换流器端交流电压和控制角的PQ负荷.计算时,只需规定换流器直流侧的无功功率,而且当直流系统控制方式发生变化后不需重新推导Jacobian矩阵中的偏导公式.数值算例表明该方法具有较高的灵活性,与变量消除法相比计算效率可提高5%左右.

用于AC-MTDC系统的新潮流计算方法

在深入研究交流/多端直流(AC-MTDC)系统潮流算法的基础上,提出一种新的潮流计算模型。该模型将换流器等效为依赖于换流器端交流电压和控制角的PQ负荷,运用改进的Broyden's迭代法(逆拟牛顿迭代法)求解潮流方程。运用该方法计算潮流时,只需指定直流有功功率,而且当直流系统控制方式发生变化后不需重新推导Jacobian矩阵中的偏导公式。数值算例表明,该方法具有较高的灵活性和计算效率。

AC/DC电源线自动绕扎系统的设计与实现

针对原AC/DC电源线绕扎设备存在的问题,设计了一个AC/DC电源线自动绕扎系统。介绍系统的工艺流程与结构组成,给出系统的硬件电路设计和软件程序流程。该系统在实际生产环节中可代替4~5人的人工操作岗位,使AC/DC电源线的生产效率提高5~7倍。

Identification of the Worst-case Static Voltage Stability Margin Interval of AC/DC Power System Considering Uncertainty of Renewables

Calculation of static voltage stability margin(SVSM)of AC/DC power systems with lots of renewable energy sources(RESs)integration requires consideration of uncertain load growth and renewable energy generation output.This paper presents a bi-level optimal power flow(BLOPF)model to identify the worst-case SVSM of an AC/DC power system with line commutation converter-based HVDC and multi-terminal voltage sourced converter-based HVDC transmission lines.Constraints of uncertain load growth’s hypercone model and control mode switching of DC converter stations are considered in the BLOPF model.Moreover,uncertain RES output fluctuations are described as intervals,and two three-level optimal power flow(TLOPF)models are established to identify interval bounds of the system worst-case SVSM.The two TLOPF models are both transformed into max–min bi-level optimization models according to independent characteristics of different uncertain variables.Then,transforming the inner level model into its dual form,max–min BLOPF models are simplified to single-level optimization models for direct solution.Calculation results on the modified IEEE-39 bus AC/DC case and an actual large-scale AC/DC case in China indicate correctness and efficiency of the proposed identification method.

Unified optimal power flow model for AC/DC grids integrated with natural gas systems considering gas-supply uncertainties

A unified optimal power flow(OPF) model for AC/DC grids integrated with natural gas systems is proposed for the real-time scheduling of power systems.Herein, the primary physical couplings underlying this coordinated system are modeled and investigated. In addition, the uncertainties of gas loads are considered when studying the role of gas supply for gas-fired units in power system operations. The nonlinear gas system constraints are converted to the second-order cone forms that allow for the use of the Benders decomposition techniques and the interior-point method to obtain the optimal solution. The numerical results of the modified IEEE 118-bus test system that integrates the Belgium 20-node natural gas system demonstrate the effectiveness of the proposed model. The effects of gas demand uncertainties on the optimal schedule of thermal generators are investigated as well.

Optimal power flow calculation in AC/DC hybrid power system based on adaptive simplified human learning optimization algorithm

This paper employs an efficacious analytical tool,adaptive simplified human learning optimization(ASHLO)algorithm,to solve optimal power flow(OPF)problem in AC/DC hybrid power system,considering valve-point loading effects of generators,carbon tax,and prohibited operating zones of generators,respectively.ASHLO algorithm,involves random learning operator,individual learning operator,social learning operator and adaptive strategies.To compare and analyze the computation performance of the ASHLO method,the proposed ASHLO method and other heuristic intelligent optimization methods are employed to solve OPF problem on the modified IEEE 30-bus and 118-bus AC/DC hybrid test system.Numerical results indicate that the ASHLO method has good convergent property and robustness.Meanwhile,the impacts of wind speeds and locations of HVDC transmission line integrated into the AC network on the OPF results are systematically analyzed.

多端DC—AC系统的潮流计算

对于含多端直流输电网络的交直流电力系统,本文提出了一种对交流和直流系统分别采用牛顿法进行顺序迭代潮流计算的数学模型和算法。该算法可以有效地考虑换流器的各种控制方式,同时确定换流变压器分接头的位置。算例表明,本算法的数学模型灵活具有通用性,收敛性好。

Automated Two-stage Conversion of Hourly Optimal DC Flow Solution to AC Power Flow

Conversion of hourly dispatch cases derived using DC optimal power flow(DCOPF)to AC power flow(ACPF)case is often challenging and requires arduous human analysis and intervention.This paper proposes an automated two-stage approach to solve ACPF formulated from DCOPF dispatch cases.The first stage involved the use of the conventional Newton Raphson method to solve the ACPF from flat start,then ACPF cases that are unsolvable in the first stage are subjected to a hotstarting incremental method,based on homotopy continuation,in the second stage.Critical tasks such as the addition of reactive power compensation and tuning of voltage setpoints that typically require human intervention were automated using a criteriabased selection method and optimal power flow respectively.Two datasets with hourly dispatches for the 243-bus reduced WECC system were used to test the proposed method.The algorithm was able to convert 100%of the first set of dispatch cases to solved ACPF cases.In the second dataset with suspect dispatch cases to represent an extreme conversion scenario,the algorithm created solved ACPF cases that satisfied a defined success criterion for 77.8%of the dispatch cases.The average run time for the hotstarting algorithm to create a solved ACPF case for a dispatch was less than 1 minute for the reduced WECC system.

基于多项式混沌展开的交直流系统全纯嵌入概率潮流计算方法

为快速、准确量化分析风电出力不确定性对交直流电力系统潮流分布的影响,提出一种基于多项式混沌展开(PCE)的交直流电力系统全纯嵌入概率潮流计算方法。该方法首先根据风电出力的概率分布特征选择最优正交基函数,构造近似风电出力概率分布特征的PCE表达式;其次,将该PCE表达式引入交直流电力系统的全纯嵌入潮流方程中,构建基于PCE的交直流电力系统全纯嵌入概率潮流计算模型;再次,通过Galerkin投影将所构建的全纯嵌入概率潮流计算模型转化为高维确定性全纯嵌入潮流计算模型;然后,借助确定性全纯嵌入潮流模型求解方法,实现对所转化的高维确定性全纯嵌入潮流模型的求解,并根据所得PCE逼近系数计算交直流电力系统潮流的概率分布特征;最后,通过修改的PJM 5节点、IEEE 30节点和IEEE 118节点交直流测试系统算例验证所提方法的准确性和有效性。

考虑光伏随机性的交直流混合配电网鲁棒机会约束安全域模型

为实现高比例光伏接入下交直流混合配电网的安全评估,构建了交直流混合配电网的鲁棒机会约束安全域模型。首先,提出一种基于区间划分的自适应带宽核密度估计方法,以获取光伏预测误差概率分布,构建光伏出力机会约束不确定集合;其次,采用功率与节点电压幅值比值为状态变量,在已有交流线性化潮流模型的基础上推导一种交直流混合配电网线性化潮流模型;然后,提出交直流混合配电网鲁棒机会约束安全域的概念和模型,结合列与约束生成算法和径向迭代搜索算法生成可观测的鲁棒机会约束安全域空间。最后,算例分析验证了所提模型能够在鲁棒机会约束安全域上准确、直观的反映光伏出力的随机性,进而为交直流混合配电网的准确安全评估提供支撑。

含多类型直流的交直流混联电网潮流计算方法适用性分析

作为电网发展的新阶段,交直流混联电网呈现多类型直流参与、大规模交直流互联的特点,而关于统一迭代和交替迭代2种潮流计算方法的适用性尚未得到深入分析。为此基于含多类型直流的交直流混联电网对2种潮流计算方法的运算性能进行对比研究。推导了含常规直流、柔性直流、混合直流的交直流混联电网潮流模型,进而提出了相应的统一迭代法和交替迭代法。通过3个交直流混联电网测试系统和南方电网实际系统数据验证了潮流模型的有效性和潮流算法的准确性,结合系统负荷水平、系统强度、直流嵌入规模等因素对2种潮流计算方法的收敛性能和计算速度进行对比分析。研究结果表明,在含多类型直流的交直流混联电网中进行潮流计算时,统一迭代法的计算效率比交替迭代法高。

面向交直流混联系统的潮流计算数据生成策略

随着电力系统中多类型直流线路占比的逐步提升,调度系统与异构平台间的潮流数据交换需求明显增大,亟需研究新形态下交直流混联系统的潮流计算数据生成问题。该文从拓扑转换、网络拓扑分析、设备建模以及数据生成策略4个主要步骤,实现含交直流系统的基于可扩展标记语言的通用信息模型(common information model/extensible markup language,CIM/XML)数据到潮流计算输入数据的转换。首先,该文从设备间开关拓扑的角度,进行深度优先算法(depth first search,DFS)搜索和设备拓扑拼接,实现开关/节点模型到母线/支路模型的转换;其次,在筛选出活拓扑岛、剔除不带电设备后,着重分析了CIM/XML中换流器建模对交直流节点选取的影响,进而提出了直流节点选取规则和具备普适性的直流数据生成策略。最后,以某地调度500kV及以上交直流网络导出的CIM/XML数据为算例,潮流计算结果与数据采集与监视控制系统(supervisory control and data acquisition,SCADA)量测数据比对验证所提策略的有效性。

计及VSC-HVDC的交直流系统最优潮流统一混合算法

进化类算法和内点法交替迭代的混合算法在求解含电压源换流器的高压直流输电(voltage source converter basedhigh voltage direct current,VSC-HVDC)的交直流系统最优潮流(optimal power flow,OPF)问题时由于截断误差的影响和VSC-HVDC控制方式的限制,容易发生振荡,因此提出一种基于差分进化(differential evolution,DE)和原—对偶内点法(primal-dual interior point method,PDIPM)的统一混合迭代算法。算法的主要思想是以DE算法为框架,对离散变量进行优化,在DE算法的每一次迭代过程中,采用PDIPM对每个DE个体进行连续变量的优化和适应度评估。由于采用PDIPM进行DE种群适应度评估,无需设定VSC-HVDC的控制方式,因此提高了算法的全局寻优能力。多个算例结果表明,该混合算法数值稳定性高,寻优能力强,能很好地解决含两端、多端、多馈入VSC-HVDC的交直流系统最优潮流问题。

基于自适应加权预测-校正内点法的含VSC-HVDC电力系统最优潮流

加权预测-校正内点法(WPC-IPM)求解含电压源型高压直流输电(VSC-HVDC)的电力系统最优潮流时,迭代中后期校正环节加权会减慢收敛速度。提出一种自适应加权预测-校正内点法(AWPC-IPM),该方法以对偶间隙的变化趋势作为加权与否的判据,对偶间隙增大时加权,以抑制校正方向错误导致的收敛性变差,对偶间隙减小时不加权,以加快收敛。算例仿真结果表明,所提方法既有效抑制了校正方向错误对预测-校正内点法(PC-IPM)的影响,又加快了迭代后期的收敛速度。

含VSC-MTDC的交直流系统潮流算法

多端柔性直流输电系统(voltage source converter based multi-terminal direct current system,VSC-MTDC)是在两端直流输电基础上发展而来的直流输电系统,可靠性高、适用于海上风电并网等场景,相应的控制策略更加多样,其潮流模型也更加复杂。该文分析VSC换流站和MTDC的稳态模型,研究可适用于VSC-MTDC的不同拓扑和连接方式的潮流模型;研究多端直流各种控制策略潮流计算模型的不同点并推导出其方程。在此基础上,提出一种兼具统一迭代法和交替迭代法优点的含VSC-MTDC交直流系统潮流算法,给出初值和边界条件求解方法,对于不同直流拓扑和交流系统都能够进行求解。最后通过2个实际算例验证该文潮流模型的有效性和收敛性,对于不同控制方式、不同运行场景和直流拓扑都能够迅速、稳定收敛。

基于连续潮流法的含双端VSC-HVDC交直流系统负荷裕度分析

为了分析含双端VSC-HVDC交直流系统的静态电压稳态特性,结合交替求解法和连续潮流法给出一种交直流连续潮流法。根据初始输入得到初始解确定负荷增长方向,引入负荷裕度参数。通过调节VSC-HVDC的控制策略,最终得到系统不同情况下的负荷裕度,采用左特征向量乘子法对系统进行负荷裕度灵敏度计算。对含双端VSC-HVDC的IEEE39节点系统和IEEE118节点系统进行建模仿真,得出了系统负荷裕度以及负荷裕度灵敏度近似线性的变化规律。直流线路功率流向对系统负荷裕度的影响相反,验证了方法的有效性。

考虑经济性和环境因素的含VSC-HVDC交直流系统多目标最优潮流

提出一种基于带精英策略的快速非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm-II,NSGA-II)和逼近理想解排序(technique for order preference by similarity to ideal solution,TOPSIS)的含VSC-HVDC交直流系统多目标最优潮流算法,统一协调系统运行的经济性及环保要求等目标。首先,基于含VSC-HVDC交直流系统的稳态模型,建立了综合考虑网络损耗和环境因素的多目标最优潮流模型;然后,采用混合编码方式,通过NSGA-II得到帕累托最优解集;最后,采用TOPSIS法评估各决策方案的相对优劣,以帮助运行人员选取有效的折中解。基于IEEE 14节点系统和IEEE 118节点系统的算例结果验证了所提方法的有效性。

含VSC-HVDC的交直流系统内点法最优潮流计算

电压源换流器(voltage source converter,VSC)在稳态模型和工作原理上与传统高压直流输电(high voltage directcurrent,HVDC)的换流器有本质区别,因此传统的交直流系统最优潮流计算方法不适用于含基于电压源换流器高压直流输电(VSC based HVDC,VSC-HVDC)的交直流系统。讨论一种适用于原对偶内点法(primal-dual interior-pointmethod,PDIPM)和预测校正内点法(predictor-corrector PDIPM,PCPDIPM)解最优潮流的VSC-HVDC稳态模型。基于该稳态模型,将VSC-HVDC直流网络与交流系统结合起来,对交直流系统进行联立求解,并对多组算例进行仿真和分析,算例结果表明原对偶内点法在解决含VSC-HVDC的最优潮流问题的能力上,保持了传统内点法最优潮流的高效性,而在同样的条件下,预测–校正内点法迭代次数大大少于原对偶内点法。

含VSC-HVDC并网风电场的电力系统最优潮流计算

由于风电场出力的实际值通常在预测值附近随机波动,所以在潮流计算时还应考虑风电场出力的随机性。针对风电场通过VSC-HVDC并网的情形,为了使电网既能安全运行,又能实现经济调度,提出了一种基于场景分析的最优潮流计算模型。模型以火电机组的总成本最小为目标函数,并考虑火电机组在预测场景和误差场景有功出力的调节范围约束,采用内点法进行求解。算例结果表明,引入误差场景后,虽然火电机组的总成本增加了,但是风电场出力的随机性对火电机组快速调节出力能力的要求得到了满足,从而保障了电网的安全运行。