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功率器件技术 SiC器件 ★ 5.0

通过改进的线性凸包络收紧交流最优潮流的二次约束松弛

Tightening QC Relaxations of AC Optimal Power Flow Through Improved Linear Convex Envelopes

作者 Mohammad Rasoul Narimani · Daniel K. Molzahn · Katherine R. Davis · Mariesa L. Crow
期刊 IEEE Transactions on Power Systems
出版日期 2024年8月
技术分类 功率器件技术
技术标签 SiC器件
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 交流最优潮流 QC松弛 凸包络 收紧改进 最优间隙
语言:

中文摘要

交流最优潮流(AC OPF)是电力系统运行中的一个基本问题。通过交流潮流方程对网络物理特性进行精确建模,使得交流最优潮流成为一个具有挑战性的非凸问题。为了寻找全局最优解,近期的研究开发了各种凸松弛方法,用于界定交流最优潮流问题的最优目标值。二次约束(QC)松弛通过将非凸项包含在凸包络内,使交流最优潮流问题凸化。QC 松弛的精度在很大程度上取决于这些包络的紧密度。本文提出了两种用于收紧最优潮流问题 QC 松弛的改进方法。首先,我们考虑一个特定的非线性函数,其投影是潮流方程极坐标表示中出现的非线性表达式。我们围绕这个非线性函数构建一个多面体形状的凸包络,并利用其投影推导出非线性项的凸表达式。其次,我们利用正弦和余弦表达式的性质以及它们曲率的变化来收紧这个凸包络。我们还提出了一种坐标变换方法,通过基于各个母线特定角度旋转潮流方程来收紧包络。我们使用 PGLib - OPF 测试用例将这些改进方法与最先进的 QC 松弛方法进行比较,结果显示在 68%的案例中最优性差距得到了改善。

English Abstract

AC optimal power flow (AC OPF) is a fundamental problem in power system operations. Accurately modeling the network physics via the AC power flow equations makes AC OPF a challenging nonconvex problem. To search for global optima, recent research has developed various convex relaxations that bound the optimal objective values of AC OPF problems. The QC relaxation convexifies the AC OPF problem by enclosing the non-convex terms within convex envelopes. The QC relaxation's accuracy strongly depends on the tightness of these envelopes. This paper proposes two improvements for tightening QC relaxations of OPF problems. We first consider a particular nonlinear function whose projections are the nonlinear expressions appearing in the polar representation of the power flow equations. We construct a polytope-shaped convex envelope around this nonlinear function and derive convex expressions for the nonlinear terms using its projections. Second, we use sine and cosine expression properties, along with changes in their curvature, to tighten this convex envelope. We also propose a coordinate transformation to tighten the envelope by rotating power flow equations based on individual bus-specific angles. We compare these enhancements to a state-of-the-art QC relaxation method using PGLib-OPF test cases, revealing improved optimality gaps in 68% of the cases.
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SunView 深度解读

该研究提出的改进线性凸包络方法对阳光电源的储能与光伏产品线具有重要应用价值。具体而言:1) 可应用于ST系列储能变流器的功率优化调度,提升PowerTitan大型储能系统的运行效率;2) 有助于优化SG系列光伏逆变器的并网控制策略,特别是在多机并联场景下的功率分配;3) 对基于SiC器件的三电平拓扑设计提供了更精确的功率流优化方法,可提升系统效率。该技术能够帮助阳光电源在大规模新能源并网应用中实现更优的功率调度控制,提高产品竞争力。