[论文解读] Optimal Power Flow with Disjoint Prohibited Zones: New Formulation and Solutions

Xian Liu, Hamzeh Davarikia|arXiv (Cornell University)|May 10, 2018

Electric Power System Optimization参考文献 19被引用 6

一句话总结

本文提出了一种针对包含不连续禁区（PZs）的最优潮流（OPF）问题的新型数学公式，这些禁区是由于运行约束导致发电机出力被禁止的区域。通过将禁区约束重新表述为更易处理的形式，该方法显著提高了计算效率，并在多种求解方法（包括传统优化和自适应粒子群优化）中实现了更快的收敛速度，该方法在IEEE 30节点系统上得到了验证。

ABSTRACT

The constraints induced by prohibited zones (PZs) were traditionally formulated as multiple disjoint regions. It was difficult to solve the optimal power flow (OPF) problems subject to the disjoint constraints. This paper proposes a new formulation for the OPF problem with PZs. The proposed formulation significantly expedites the algorithm implementation. The effectiveness of the new approach is verified by different methods including traditional optimization methods, PSO and particle swarm optimization with adaptive parameter control which is conducted on the IEEE 30-bus test system.

研究动机与目标

• 解决包含多个不连续禁区（PZs）的最优潮流（OPF）问题所面临的计算困难。
• 开发一种新的数学公式，以简化禁区约束的表示，从而提升算法效率。
• 通过经典优化方法和如粒子群优化（PSO）等元启发式方法，实现更快、更可靠的求解。
• 在标准测试系统上，通过多种求解方法验证所提公式的有效性。

提出的方法

• 将传统不连续禁区约束重新表述为更具计算可处理性的数学形式，以提升求解器性能。
• 引入一种新型约束结构，避免在混合整数规划中通常用于禁区的分段或二进制变量表示。
• 将在标准OPF求解器中应用新公式，并将其与粒子群优化（PSO）中的自适应参数控制相结合。
• 使用IEEE 30节点系统作为基准，测试新公式在各种优化和元启发式设置下的表现。
• 采用基于梯度和无导数的优化技术，评估其鲁棒性与收敛速度。
• 通过多种求解方法（包括传统优化和自适应PSO）的对比分析，验证该方法的有效性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何更高效地建模最优潮流中的不连续禁区，以提升求解速度与收敛性？
• RQ2 新公式对传统OPF求解器和如PSO等元启发式算法的性能有何影响？
• RQ3 在具有多个非连续禁区的OPF问题中，所提公式能否在降低计算复杂度的同时保持解的质量？
• RQ4 在不同优化框架下，新公式与传统禁区建模技术相比性能如何？

主要发现

• 所提公式显著减少了含不连续禁区的OPF问题的计算时间，并加快了收敛速度。
• 新公式在经典优化求解器和自适应粒子群优化（PSO）方法中均实现了更快的解收敛。
• IEEE 30节点系统的结果表明，新公式在所有测试求解技术中均表现出一致的性能提升。
• 该方法在保持解精度的同时，消除了传统禁区建模中常用的复杂二进制或分段公式。
• 当与新公式结合时，PSO中的自适应参数控制进一步提升了性能，实现更快收敛。
• 该方法具有鲁棒性和可扩展性，展现出在实时电力系统经济调度与安全约束OPF中应用的强潜力。