【优博微展2018】杨知方：基于变量替换的低非线性度最优潮流方法及其应用

杨知方：2018年清华大学优秀博士学位论文一等奖获得者

基于变量替换的低非线性度最优潮流方法及其应用

Variable Transformation-Based Low Non-linearity Optimal Power Flow Method and Its Applications

作       者：杨知方         

指导教师：夏清

培养院系：电机系             

学       科：电力系统及其自动化

读博感言：坚持做有价值的事

研究背景/选题意义/研究价值

最优潮流是电力系统优化运行问题的“交集”，是提高电力系统运行效率的关键

据估计，通过提升最优潮流算法，美国电能价格可降低5~10% （对应60亿~190亿美元）。

最优潮流问题的非凸特性和电网实际运行中对优化算法收敛性的苛刻要求之间矛盾是最优潮流问题的症结所在。

在如何平衡精度和效率方面，现有方法仍有很大提升空间。现行的直流潮流方法每年为电力系统带来千亿美元的损失。

主要研究内容

1. 降低潮流方程的非线性特性是突破最优潮流问题瓶颈的关键。

2. 以更小的精度损失，最大限度的降低潮流方程非线性阶数。

采用数学变换，将v²作为独立变量

通过状态空间非线性变换，降低了潮流方程非线性度

3. 相比现有方法，本人所提模型精度大幅提升,误差降低至少一个数量级。

4. 在不需要额外信息的前提下，大幅提高直流潮流方法精度(平均精度提高3.8倍)。

5. 可考虑无功、电压、复功率。

主要创新点

1. 基于变量替换，论文提出了内嵌无功和电压的新型线性化潮流方程，并分别提出了冷启动和热启动网络模型，提升了潮流方程的近似精度。 

2. 论文提出了无功离散控制设备、换流站约束与损耗等的线性化方法，将所提线性化潮流方程分别应用于无功优化和交直流电网优化，实现了优化问题的快速收敛和高精度求解。 

3. 针对市场出清等对算法收敛性要求较高的场景，提出了无需迭代的最优潮流求解新方法，在内嵌无功、电压和复功率约束及确保收敛的前提下，提高了优化的精度。

代表性学术发表

1. Zhifang Yang, Haiwang Zhong, Anjan Bose, Qing Xia, Chongqing Kang, A Linearized OPF Model with Reactive Power and Voltage Magnitude: A Pathway to Improve the MW-Only DC OPF, IEEE Transactions on Power Systems. 2018, 33(2): 1734-1745.

2. Zhifang Yang, Haiwang Zhong, Anjan Bose, Qing Xia, Chongqing Kang, Optimal Power Flow in AC-DC Grids with Discrete Control Devices, IEEE Transactions on Power Systems. 2018, 33(2): 1461-1472. 

3. Zhifang Yang, Anjan Bose, Haiwang Zhong, Ning Zhang, Qing Xia, Chongqing Kang, LMP Revisited: A Linear Model for the Loss-Embeded LMP, IEEE Transactions on Power Systems. 2017, 32(5): 4080-4090. 

4. Zhifang Yang, Anjan Bose, Haiwang Zhong, Ning Zhang, Qing Xia, Chongqing Kang, Optimal Reactive Power Dispatch with Accurately Modeled Discrete Control Devices: A Successive Linear Approximaiton Approach, IEEE Transactions on Power Systems. 2017, 32(3): 2435-2444.

5. Zhifang Yang, Haiwang Zhong, Qing Xia, Chongqing Kang, Solving OPF Using Linear Approximations: Fundamental Analysis and Numerical Demonstrations, IET Generation, Transmission and Distribution. 2017, 11(17): 4115-4125.)

作者：杨知方

供图：杨知方

编辑：清华大学研究生院  周明坤  李文

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