Convex Relaxation and Bi-level Iterative Algorithm for Dynamic Optimal Dispatch Model of Automatic Generation Control Units

Xia ZHAO; Yu LIANG; Mingyi SUN; Yang MAO

doi:10.7500/AEPS20211012004

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Convex Relaxation and Bi-level Iterative Algorithm for Dynamic Optimal Dispatch Model of Automatic Generation Control Units

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Convex Relaxation and Bi-level Iterative Algorithm for Dynamic Optimal Dispatch Model of Automatic Generation Control Units
- Automation of Electric Power Systems Vol. 46, Issue 17, Pages: 228-238(2022)
- 作者机构：
  
  输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学），重庆市 400044
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(51307186)
- DOI：10.7500/AEPS20211012004
  CLC：
- Received：12 October 2021，
  
  Revised：2022-03-03，
  
  Published Online：13 July 2022，
  
  Published：10 September 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
赵霞,梁钰,孙名轶等.AGC机组动态优化调度模型的凸松弛及其双层迭代算法[J].电力系统自动化,2022,46(17):228-238.

ZHAO Xia,LIANG Yu,SUN Mingyi,et al.Convex Relaxation and Bi-level Iterative Algorithm for Dynamic Optimal Dispatch Model of Automatic Generation Control Units[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(17):228-238.
赵霞,梁钰,孙名轶等.AGC机组动态优化调度模型的凸松弛及其双层迭代算法[J].电力系统自动化,2022,46(17):228-238. DOI： 10.7500/AEPS20211012004.

ZHAO Xia,LIANG Yu,SUN Mingyi,et al.Convex Relaxation and Bi-level Iterative Algorithm for Dynamic Optimal Dispatch Model of Automatic Generation Control Units[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(17):228-238. DOI： 10.7500/AEPS20211012004.

摘要

为了应对高比例可再生能源接入给互联电网频率控制带来的挑战，现有研究提出通过自动发电控制（AGC）机组动态优化调度来克服常规AGC控制滞后的问题。然而，AGC机组动态优化调度模型是混合整数非线性规划（MINLP）模型，不易求解。为此，基于凸优化理论，提出了AGC机组动态优化调度模型的改进算法。首先，基于变量替换及分段McCormick包络技术对原模型的双线性项进行松弛；然后，通过功率损耗的线性化处理，将原模型转化为可高效求解的混合整数线性规划（MILP）模型；在此基础上，进一步提出一种双层迭代算法，通过内层循环收紧双线性项松弛间隙、外层循环减小功率损耗的线性化误差，以提高调度模型的求解精度。最后，采用IEEE 14节点系统和IEEE 57节点系统验证了所提改进算法的有效性。

Abstract

To cope with the challenge of frequency control of interconnected power grids brought by the high proportion of renewable energy

the existing studies have proposed that the drawback of conventional lag control of automatic generation control (AGC) units is overcome by the dynamic optimal dispatch of AGC units. However

the dynamic optimal dispatch model of AGC units is a mixed-integer nonlinear programming (MINLP) model

which is not easy to solve. Based on the convex optimization theory

an improved algorithm for the dynamic optimal dispatch model of AGC units is proposed. Firstly

the bilinear term of the original model is relaxed based on the variable substitution and piecewise McCormick envelope technique. Secondly

the original model is transformed into a mixed-integer linear programming (MILP) model that can be efficiently solved by linearizing the power losses. On this basis

a bi-level iterative algorithm is proposed to improve the solving accuracy of the dispatch model by tightening the bilinear term relaxation gap through the inner loop and reducing the linearization error of power loss through the outer loop. Finally

the IEEE 14-bus system and the IEEE 57-bus system are adopted to verify the effectiveness of the proposed improved algorithm.

关键词

Keywords

references

ULLAH K ， BASIT A ， ULLAH Z ， et al . Automatic generation control strategies in conventional and modern power systems： a comprehensive overview ［J］. Energies ， 2021 ， 14 （ 9 ）： 2376 .

胡泽春，罗浩成 . 大规模可再生能源接入背景下自动发电控制研究现状与展望［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 8 ）： 2 - 15 .

HU Zechun ， LUO Haocheng . Research status and prospect of automatic generation control with integration of large-scale renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 8 ）： 2 - 15 .

YAN Wei ， ZHAO Ruifeng ， ZHAO Xia ， et al . Dynamic optimization model of AGC strategy under CPS for interconnected power system ［J］. International Review of Electrical Engineering-IREE ， 2012 ， 7 （ 5 ）： 5733 - 5743 .

卓振宇，张宁，谢小荣，等 . 高比例可再生能源电力系统关键技术及发展挑战［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 9 ）： 171 - 191 .

ZHUO Zhenyu ， ZHANG Ning ， XIE Xiaorong ， et al . Key technologies and developing challenges of power system with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 9 ）： 171 - 191 .

李滨，韦化，农蔚涛，等 . 基于现代内点理论的互联电网控制性能评价标准下的AGC控制策略［J］. 中国电机工程学报， 2008 ， 28 （ 25 ）： 56 - 61 .

LI Bin ， WEI Hua ， NONG Weitao ， et al . AGC control strategy under control performance standard for interconnected power grid based on optimization theory ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2008 ， 28 （ 25 ）： 56 - 61 .

李滨，韦化，农蔚涛，等 . 互联电网CPS下AGC控制参数的优化［J］. 电力系统自动化， 2009 ， 33 （ 18 ）： 37 - 41 .

LI Bin ， WEI Hua ， NONG Weitao ， et al . Optimization of AGC control parameters under the control performance standard for interconnected power grids ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2009 ， 33 （ 18 ）： 37 - 41 .

韦昌福 . 基于现代内点理论含频率预测的AGC控制策略研究［D］. 南宁：广西大学， 2011 .

WEI Changfu . A study on modern interior point theory for AGC control strategy including frequency prediction ［D］. Nanning ： Guangxi University ， 2011 .

赵万宗，李滨，韦化，等 . 互联电网CPS标准下计及一次调频的最优AGC控制模型［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 10 ）： 2656 - 2664 .

ZHAO Wanzong ， LI Bin ， WEI Hua ， et al . The optimal AGC control strategy considering the primary frequency regulation under the control performance standard for the interconnected power grid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 10 ）： 2656 - 2664 .

赵霞，张荣荣，赵瑞锋，等 . CPS标准下AGC机组动态优化调度的改进模型［J］. 电工技术学报， 2016 ， 31 （ 5 ）： 99 - 106 .

ZHAO Xia ， ZHANG Rongrong ， ZHAO Ruifeng ， et al . An extended dynamic optimization model for AGC generators dispatch under CPS ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2016 ， 31 （ 5 ）： 99 - 106 .

赵霞，叶晓斌，杨仑，等 . 网省两级AGC机组协调调度的二层规划模型［J］. 电工技术学报， 2018 ， 33 （ 20 ）： 4876 - 4887 .

ZHAO Xia ， YE Xiaobin ， YANG Lun ， et al . A bi-level programming model for coordinated dispatch of AGC units in regional and provincial power grids ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2018 ， 33 （ 20 ）： 4876 - 4887 .

ZHAO X ， YE X B ， YANG L ， et al . Chance constrained dynamic optimisation method for AGC units dispatch considering uncertainties of the offshore wind farm ［J］. The Journal of Engineering ， 2019 （ 16 ）： 2112 - 2119 .

夏清，钟海旺，康重庆 . 安全约束机组组合理论与应用的发展和展望［J］. 中国电机工程学报， 2013 ， 33 （ 16 ）： 94 - 103 .

XIA Qing ， ZHONG Haiwang ， KANG Chongqing . Review and prospects of the security constrained unit commitment theory and applications ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2013 ， 33 （ 16 ）： 94 - 103 .

汪洋，夏清，康重庆 . 考虑电网 N- 1闭环安全校核的最优安全发电计划［J］. 中国电机工程学报， 2011 ， 31 （ 10 ）： 39 - 45 .

WANG Yang ， XIA Qing ， KANG Chongqing . Optimal security constrained generation scheduling considering closed-loop N- 1 security correction ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2011 ， 31 （ 10 ）： 39 - 45 .

赵瑞锋 . 互联电网AGC的动态优化策略及其在线计算平台研究［D］. 重庆：重庆大学， 2013 .

ZHAO Ruifeng . Research on dynamic optimization strategy and online computing platform of AGC for interconnected power system ［D］. Chongqing ： Chongqing University ， 2013 .

GARCIA M ， BALDICK R . Approximating economic dispatch by linearizing transmission losses ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2020 ， 35 （ 2 ）： 1009 - 1022 .

ELDRIDGE B ， O’NEILL R ， CASTILLO A . An improved method for the DCOPF with losses ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 4 ）： 3779 - 3788 .

徐飞阳，薛安成，常乃超，等 . 电力系统自动发电控制网络攻击与防御研究现状与展望［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 3 ）： 3 - 14 .

XU Feiyang ， XUE Ancheng ， CHANG Naichao ， et al . Research status and prospect of cyber attack and defense on automatic generation control in power system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 3 ）： 3 - 14 .

BERTSIMAS D ， TSITSIKLIS J . Introduction to linear optimization ［M］. Nashua， USA ： Athena Scientific ， 1997 .

朱俊澎，顾伟，张韩旦，等 . 考虑网络动态重构的分布式电源选址定容优化方法［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 5 ）： 111 - 119 .

ZHU Junpeng ， GU Wei ， ZHANG Handan ， et al . Optimal siting and sizing of distributed generators considering dynamic network reconfiguration ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 5 ）： 111 - 119 .

马鑫，郭瑞鹏，王蕾，等 . 基于二阶锥规划的交直流主动配电网日前调度模型［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 22 ）： 144 - 150 .

MA Xin ， GUO Ruipeng ， WANG Lei ， et al . Day-ahead scheduling model for AC/DC active distribution network based on second-order cone programming ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 22 ）： 144 - 150 .

CHEN S ， CONEJO A J ， SIOSHANSI R ， et al . Unit commitment with an enhanced natural gas-flow model ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2019 ， 34 （ 5 ）： 3729 - 3738 .

MCCORMICK G P . Computability of global solutions to factorable nonconvex programs： Part Ⅰ—convex underestimating problems ［J］. Mathematical Programming ， 1976 ， 10 （ 1 ）： 147 - 175 .

BERGAMINI M L ， AGUIRRE P ， GROSSMANN I . Logic-based outer approximation for globally optimal synthesis of process networks ［J］. Computers & Chemical Engineering ， 2005 ， 29 （ 9 ）： 1914 - 1933 .

CASTRO P M . Tightening piecewise McCormick relaxations for bilinear problems ［J］. Computers & Chemical Engineering ， 2015 ， 72 ： 300 - 311 .

HASAN M M F ， KARIMI I A . Piecewise linear relaxation of bilinear programs using bivariate partitioning ［J］. AIChE Journal ， 2009 ， 56 （ 7 ）： 1880 - 1893 .

DE ASSIS L S ， CAMPONOGARA E ， ZIMBERG B ， et al . A piecewise McCormick relaxation-based strategy for scheduling operations in a crude oil terminal ［J］. Computers & Chemical Engineering ， 2017 ， 106 ： 309 - 321 .

况理，文云峰，陆艺丹，等 . 含虚拟同步机的微电网频率稳定约束优化调度模型研究［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 1 ）： 71 - 83 .

KUANG Li ， WEN Yunfeng ， LU Yidan ， et al . Frequency stability constrained optimal dispatch model of microgrid with virtual synchronous machines ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 1 ）： 71 - 83 .

HAFTKA R T ， GÜRDAL Z ， KAMAT M P . Elements of structural optimization ［M］. Dordrecht， Netherlands ： Springer ， 1992 .

张舒，胡泽春，宋永华，等 . 基于网损因子迭代的安全约束机组组合算法［J］. 中国电机工程学报， 2012 ， 32 （ 7 ）： 76 - 82 .

ZHANG Shu ， HU Zechun ， SONG Yonghua ， et al . Security constrained unit commitment algorithm considering network losses based on an iterative loss factor calculation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2012 ， 32 （ 7 ）： 76 - 82 .

何天雨，卫志农，孙国强，等 . 基于网损等值负荷模型的改进直流最优潮流算法［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 6 ）： 58 - 64 .

HE Tianyu ， WEI Zhinong ， SUN Guoqiang ， et al . Modified direct current optimal power flow algorithm based on net loss equivalent load model ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 6 ）： 58 - 64 .

YU Liang . Test systems for convex relaxation modeling and bi-level iterative algorithm for AGC units dynamic optimal dispatch ［EB/OL］. ［ 2022-02-15 ］. http：//dx.doi.org/10.13140/RG.2.2.14247.47520/3 http://dx.doi.org/10.13140/RG.2.2.14247.47520/3 .

Very short term load forecasting data ［EB/OL］. ［ 2022-03-03 ］. https：//dataminer2.pjm.com/feed/very_short_load_frcst https://dataminer2.pjm.com/feed/very_short_load_frcst .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Bidding Strategy for Frequency Regulation Capacity of Electrolytic Aluminum Loads Oriented to Frequency Regulation Ancillary Service

Optimal Decentralized Coordinated Dispatch of Electricity-Carbon Considering Impacts of Bi-level Carbon Emission Trading Market

Chance-constrained Economic Dispatch Method Considering Fine-grained Response Actions of Automatic Generation Control

Optimal Dispatch of Hydropower-enriched Virtual Power Plant Considering Flood Control Security During Plum Rainy Flood Season

Multi-risk Quantification and Long-term Multi-objective Coordinative Optimal Dispatch Method for Hydro-Wind-Solar Integrated Energy Base

Related Author

LIAO Siyang

SI Tianfang

XU Jian

KE Deping

LI Lingfang

CHEN Yixuan

LIN Yujie

XIONG Houbo

Related Institution

Hubei Engineering and Technology Research Center for AC/DC Intelligent Distribution Network (Wuhan University)

School of Electrical Engineering and Automation, Wuhan University

Yunnan Grid Research Construction and Planning Center of Yunnan Power Grid Co., Ltd.

College of Electrical Engineering, Zhejiang University

Economic and Technology Power Research Institute of State Grid, Fujian Electric Power Co., Ltd.

⁰