Admissible Region of Large-Scale Uncertain Wind Generation Considering Small-Signal Stability of Power System
风力发电的日益集成带来了巨大的挑战，小干扰稳定性分析的大电力系统，因为风力发电的波动性和不确定性的性质可能会显着影响系统的平衡。在这方面，本文开发了一个概念框架来描述不确定的风力发电注入（WPI）的大容量电力系统的小信号稳定性的影响。为此，一个新的概念，考虑小信号稳定性（SSAR）的不确定性风力发电的容许区域被引入到几何测量有多少不确定性风力发电可以容纳由大电力系统不破坏其小信号稳定性。作为传统小信号稳定区域（SSSR）概念的推广，SSAR通过将SSSR扩展到包含传统节点发电注入和WPI的高维注入空间，然后将其映射到低维WPI空间而得到。对新英格兰39节点多风电场系统的案例研究说明了SSAR的概念及其潜在的应用。
2015-11-19 math.OC
A Robust Power Grid Defense Model Considering Load Demand and Wind Generation Uncertainties
制定有效的策略来保护电力系统免受蓄意攻击是一项重大任务。必须全面考虑与人类和环境有关的风险和不确定性，这是现有文献所缺乏的。本文考虑了负荷需求的不确定性和风力发电的不确定性，除了相互作用的攻击者/防御者的行为。具体而言，防御者-攻击者-自然-运营商模型，它结合了攻击/防御的相互作用，正确的重新调度的运营商，攻击策略之间的协调和随机性质的负载需求和风力发电。采用列和约束生成（C&CG）算法求解该模型，将模型分解为主问题和子问题。使用MATLAB和CPLEX在修改后的IEEE RTS 79系统上进行仿真。仿真结果验证了该模型的有效性。
2018-02-23 math.OC
Analytical Solution for Stochastic Unit Commitment Considering Wind Power Uncertainty with Gaussian Mixture Model
为了刻画可再生能源发电出力的随机特性，机会约束机组组合（CCUC）模型被广泛应用。传统的CCUC解析解通常基于简化的概率假设或忽略某些操作约束，否则采用基于场景的方法来近似概率，计算量大。本文采用高斯混合模型（GMM）来描述风电场之间的相关性及其预测误差的概率分布。在该模型中，保证了备用充足率和支路潮流边界等机会约束以预定的概率满足。为了解决这个CCUC问题，我们提出了一个基于牛顿法的程序来获取分位数和转换机会约束到确定性约束。因此，CCUC模型有效地解决了混合整数二次规划问题。在几个系统上进行了数值测试，以说明所提出的方法的效率和可扩展性。
2019-05-29 math.OC
Towards Optimal Primary- and Secondary-control Design for Networks with Generators and Inverters
对于以大型同步发电机（SG）为主要特征的电网，存在桥接优化和控制任务的重要工作主体。一个通用的工作流程，在这样的努力需要：表征控制算法和SG动态的稳定状态;评估相对于最优调度任务的最优性的结果的操作点;和规定控制参数，以确保（在合理的环境扰动）所考虑的控制轻推系统稳定状态的最优性。上述方法的良好研究实例包括设计：i）自动发电控制（AGC）参与因子以确保经济最优性，以及ii）调速器频率下降斜率以确保功率共享。认识到未来的电网将具有不同的控制结构的SG和基于逆变器的资源（IBR）的多样化组合，这项工作研究了这种情况下的优化控制工作流程的不同步骤。考虑IBR和SGs的有功功率频率动态的代表性模型，提出了稳态特性（有和没有二次频率控制）。然后推导出有功功率下降斜率和AGC参与因子的条件，以确定所需的功率分配，并确保在不同的功率需求下经济地优化运行。
2022-10-12 cs.SY eess.SY math.OC
Real-Time Optimal Power Flow under Wind Energy Penetration-Part II: Implementation
在本文（第二部分）中，我们实现了预测更新的方法，第一部分，以解决快速变化的风力发电时，解决一个复杂的实时最优潮流（RT-OPF）问题。该方法考虑了移动预测范围（120秒）中预测的风力发电值周围的基本场景。使用多处理器服务器并行求解与这些方案相对应的各个最优潮流问题。然后，在考虑实际风功率值的情况下，在短采样时间内（每20秒）更新操作策略。RT-OPF问题制定同时考虑技术和经济方面。RT-OPF是在一个41节点的中压配电网上实现的，该配电网具有两个风力发电站。结果显示了所提出的方法的好处，并突出了RT-OPF的进一步挑战。
2018-06-28 math.OC
Congestion-Driven Transmission Expansion Planning Considering Wind Power Generation in Spot Markets
大量大型风力发电机组的并网运行，给电网运营商在安全供电和能量调度优化方面带来了紧迫的技术挑战。本文提出了一个在电力市场环境下输电网规划的优化框架。网络中的拥塞程度被用作网络扩展需要的驱动信号。在阻塞成本和投资成本之间进行折衷，以确定最佳的扩展方案。长期网络扩展问题被形成为以下的解耦组合：1）主问题（受投资约束的投资成本的最小化和由操作问题（功率池）生成的Benders切割，以及2）操作问题，其解提供拥塞细节和相关联的乘数。建立了一个合适的电力池模型，并求解了阻塞成本、阻塞收益和输电影子价格。此外，我们建议使用一组指标来评估扩展对发电机，需求和整个系统的影响。该模型被应用到Garver六节点系统和IEEE 24节点可靠性测试系统。
2018-02-12 math.OC
Bilevel Optimization Based Transmission Expansion Planning Considering Phase Shifting Transformer
本文将移相Transformer（PST）引入考虑风电并网的输电规划问题。建议的规划模型制定为一个双层计划，旨在确定最优策略的网络增援和PST的位置。上层问题的目标是最小化用户支付的总费用、输电线路的投资费用和PST。下层问题指定不同负荷-风情景下的电力市场出清条件。通过将下层问题用原-对偶形式代替，将双层模型转化为单层混合整数线性规划。基于IEEE 24节点系统的算例验证了该模型的有效性。此外，仿真结果表明，PST的安装增加了灵活性的TEP，有利于风力发电的整合。
2017-07-31 math.OC
Clearing and Pricing for Coordinated Gas and Electricity Day-ahead Markets Considering Wind Power Uncertainty
天然气和电力系统现在正变得越来越强的耦合。虽然燃气机组（GFU）正在取代退役的燃煤电厂，但电力系统也越来越依赖GFU提供的灵活性，以适应间歇性可再生能源。燃气机组的发电能力取决于天然气资源的供应情况，而天然气资源的供应取决于天然气供应商及其相关管道网络的能力。然而，天然气和电力市场是分开运作的。因此，发电机组实际上要“代表”整个电力系统在天然气市场上投标：它们需要对未来的天然气消耗量作出预测，并承担合同不当或因天然气供应不足而无法满足发电时间表的风险。当面临更大份额的可再生能源和更频繁的天然气网络拥堵时，当前的市场框架尤其不可靠和低效，并且对GFU资产的投资者在经济上也不友好。在本文中，我们试图开发一个框架，可以结合这两个市场。通过对稀缺资源进行适当定价，例如，对于天然气传输容量，联合市场可以在满足需求的同时更有效地分配它们。并考虑到可再生能源带来的不确定性，提出了一个更具前瞻性的日前市场清算框架。本文将介绍所提出的联合市场模型的公式、算法以及一些案例研究。
2016-12-04 math.OC
Robust Coordinated Transmission and Generation Expansion Planning Considering Ramping Requirements and Construction Periods
随着风力发电的快速增长，输电规划中出现了两个关键问题。首先，由于风力发电的高度可变性，日常运行中的严重功率斜升事件对多年规划决策提出了巨大挑战。其次，输电线路的建设周期较长，可能无法跟上可再生能源发电日益一体化带来的快速增长的不确定性。为了解决这些问题，我们提出了一个全面的鲁棒规划模型，考虑不同的资源，即输电线路，发电机和FACTS设备。考虑了各种因素，包括灵活性要求，施工周期和成本。我们构造了小时净负荷斜坡不确定性（HLRU）集来表征小时净负荷（包括风力发电）的变化，和年净负荷持续时间曲线不确定性（LDCU）集正常年净负荷持续时间曲线的不确定性。这导致在两个阶段的鲁棒最优化模型与两种不同类型的不确定性集，这是解耦成两个不同的子问题，使整个解决方案的过程易于处理。实际数据的数值模拟表明，所提出的模型和求解方法能够有效地协调不同的柔性资源，给出鲁棒的扩展规划策略。
2016-12-01 math.OC
Reserve Requirements in Ancillary Markets Using Consensus-Based Cooperative Model Considering Renewable Resources
从经济角度来看，评估储备投资价值的一个共同标准是其对社会福利的影响。使用这一标准的基本假设是，旁支付可用于在所有市场参与者之间分配社会收益。然而，在现实中，由于电力储备项目对不同参与者的影响可能不同，这种旁支付实施起来相当困难。我们提出了一个三阶段的规划模型，用于在电力市场中投入大量的风力发电储备。我们描述风力发电方面的一组代表性的适当加权的情况下，我们提出了一个对偶分解算法求解所产生的随机程序。我们测试我们的情景生成方法的118节点系统的模型，我们表明，随机规划机组组合政策优于常见的备用规则。
2018-02-12 math.OC
Seizing Opportunity: Maintenance Optimization in Offshore Wind Farms Considering Accessibility, Production, and Crew Dispatch
运营和维护（O&M）是海上风电能源成本的主要贡献者。由于海上涡轮机运行的恶劣和偏远环境，人们对海上风电场的机会性维护调度越来越感兴趣，其中在机会时激励分组维护任务。然而，我们对文献的调查表明，对于什么是海上维护的“机会”，还没有统一的共识。因此，我们提出了一种机会性维护调度方法，该方法将机会定义为基于人员派遣（由已派遣到相邻涡轮机的维护人员发起）、基于生产（由预计的低生产水平发起）或基于访问（由涡轮机访问的临时打开窗口发起）。我们制定的问题作为一个多阶段的滚动时域混合整数线性规划，并提出了一个迭代求解算法来确定最佳的每小时维护计划，这是发现有很大的不同，但实质上更好，比那些使用离岸不可知的策略。对实际风、浪和功率数据的大量数值实验表明，我们提出的方法在各种关键O&M指标上都有很大的改进余地。
2021-08-12 cs.SY eess.SY math.OC
Evaluating Stochastic Methods in Power System Operations with Wind Power
风力发电在电力市场中发挥着越来越重要的作用。然而，其固有的可变性和不确定性导致操作挑战和成本，因为需要更多的操作储备来维持系统可靠性。已经提出了几种操作策略来应对这些挑战，包括先进的概率风预测技术，动态运行储备，以及各种机组组合（UC）和经济调度（ED）策略下的不确定性。本文提出了一个一致的框架，以评估不同的操作策略，在电力系统操作与可再生能源。我们使用条件核密度估计（KDE）的概率风电功率预测。预测方案的产生考虑到时空相关性，并进一步减少，以降低计算负担。基于场景的随机规划与不同的分解技术和区间优化进行了测试，以检查经济，可靠性和计算性能相比，确定性UC/ED基准。我们提出了一个修改后的IEEE-118总线系统与现实的系统负载和风数据的数值结果。
2016-02-26 math.OC
Efficient Scenario Generation for Chance-constrained Economic Dispatch Considering Ambient Wind Conditions
针对机会约束经济调度中缺乏合适风险调节模型的挑战，提出一种基于环境风况过滤与增量部署的高效场景生成方法，并在24和118节点系统中验证了其精确性与高效性。
2024-01-02 cs.SY eess.SY math.OC
Optimal Allocation of Series FACTS Devices Under High Penetration of Wind Power Within a Market Environment
系列FACTS设备是可再生能源高度渗透的关键推动因素之一，因为它们能够连续控制输电线路上的功率流。提出了一种考虑风电高穿透率的输电网可变串联电抗器（VSR）和移相Transformer（PST）优化配置的双层最优化模型。上层问题寻求最小化串联FACTS上的\textcolor{black}{investment cost}、风力功率削减的成本和可能的甩负荷。较低层次的问题捕获在不同的操作场景下的市场出清。由于$Bθ$公式的可扩展性差，\textsl{shift factor}的FACTS分配结构的推导。设计并实现了一种自定义的重构和分解算法，用于求解上下两层均为二元变量的双层模型。基于118节点系统的详细数值计算结果表明，所提出的规划模型的有效性能和串联FACTS的重要作用，以促进风力发电的整合。
2018-05-13 math.OC
Wind Power Providing Flexible Ramp Product
可再生能源在电力系统中的渗透不断加深，导致对发电调度灵活性的需求不断增加。具体而言，对于短期运行，这里的灵活性表示应预留足够的斜坡容量，以应对负荷和间歇性发电的预期变化，同时也涵盖一定程度的不确定性。为了满足对灵活坡道容量日益增长的需求，坡道产品市场已经在实践中启动，例如加利福尼亚ISO和中部ISO的市场。有时，为了保证足够的斜坡容量，必须实时提交昂贵的快速启动单元。此外，随着可再生能源发电的渗透率提高，传统机组所提供的灵活性可能不够。事实上，风力发电厂在物理上能够提供灵活性，这有时对整个系统也是经济有效的。在本文中，我们的目的是探讨机制和可能性，包括风电生产商作为坡道供应商，以增加供应的灵活性。为了进行分析，两阶段随机实时机组组合模型考虑坡道容量充裕度制定。案例研究表明，如果允许风力发电提供灵活的斜坡产品，系统和风力发电商都可以受益。
2016-01-13 math.OC
Chance-Constrained Two-Stage Unit Commitment under Uncertain Load and Wind Power Output Using Bilinear Benders Decomposition
本文研究了考虑负荷和风力发电量不确定性的机组组合问题。UC问题被表述为一个机会约束的两阶段随机规划问题，其中机会约束用于限制负载不平衡的概率。除了传统的混合整数线性规划公式使用Big-M，我们提出了机会约束的双线性混合整数公式，然后推导出其线性对应的McCormick线性化方法。然后，我们开发了一个双线性变形的Benders分解方法，这是一个易于实现的算法，以解决由此产生的大规模线性对应。对典型IEEE系统的仿真结果表明：（i）双线性混合整数规划公式比传统公式更强;（ii）Benders分解算法比直接使用专业求解器计算线性和双线性机会约束UC模型快数量级.
2016-11-27 math.OC
Joint Optimization of Wind Farm Layout Considering Optimal Control
尾流效应是海上风电场能量损失的主要原因之一。涡轮布置和协同控制都可以影响WF内部的尾流相互作用，从而影响整体WF功率产生。传统上，贪婪控制策略被假定在版图设计阶段。为了利用WF布局和控制之间的潜在协同作用，使得可以获得具有最大能量产出的系统级最优布局，布局优化应该与协作控制考虑一起执行。为此，本文提出了一种新的两阶段WF布局最优化模型。在叶片布局设计中考虑了涡轮偏航和轴向诱导的协同叶片控制。然而，WF控制的集成使布局优化变得更加复杂，并导致大规模的非凸问题，阻碍了现有布局最优化方法的应用。为了提高计算效率，我们利用联合最优化问题的层次性和可分解性，设计了一种基于分解的混合方法（DBHM）。联合最优化问题被分解为几个子问题及其协调，而不是同时操纵所有变量。对不同的工作框架进行了案例研究。结果表明，与传统的单独布局优化相比，所提出的联合优化可以获得具有更高能量产额的WF布局。此外，所提出的DBHM上考虑的联合布局最优化问题的计算优势也被证明。
2021-11-30 cs.SY eess.SY math.OC
Sizing Grid-Connected Wind Power Generation and Energy Storage with Wake Effect and Endogenous Uncertainty: A Distributionally Robust Method
针对风电与储能容量配置问题，本文提出考虑尾流效应和内生不确定性的双目标分布鲁棒优化模型，通过基于最小利普希茨常数的近似方法转化求解，验证了考虑尾流效应的必要性与方法有效性。
2023-06-12 cs.SY eess.SY math.OC
UAV Optimal Guidance in Wind Fields Using ZEM/ZEV with Generalized Performance Index
提出了一种考虑风影响的无人机三维两点间最优导引方法。所提出的要最小化的代价函数涉及行程时间和控制能量的加权。一个解析表达式推导出的最佳成本产生一个四阶多项式的正实根对应于最佳旅行时间。优化问题被证明是等价的零努力小姐/零努力速度（ZEM/ZEV）的情况下，恒定的风加速度的最优制导方法。通过不同风况下的模拟实例，展示了雷诺-伏斯和拦截问题的案例研究。
2020-06-17 cs.SY eess.SY math.OC
A Fixed-Flexible BESS Allocation Scheme for Transmission Networks Considering Uncertainties
本文提出了一种考虑不确定性的传输网络固定-柔性BESS分配方案，利用锂离子BESS和钒红氧化物流BESS的互补特性，实现风力发电并网传输网络中的技术经济最优效益。
2020-07-24 cs.SY eess.SP eess.SY
Chance-constrained optimal location of damping control actuators under wind power variability
University of Tennessee, Knoxville（田纳西大学诺克斯维尔分校）
本文提出一种基于概率的能量方法，用于确定在高风力发电渗透率系统中考虑动态增强的阻尼控制执行器最优安装位置，通过比较不同安装位置的振荡能量和总作用动态性能，线性近似总作用显著减少计算时间，通过IEEE-39 bus系统仿真验证了该方法在阻尼比方面的优越性。
2018-02-12 cs.SY eess.SY math.DS
