类扩展及其应用

InterPSS采用Java和面向对象技术建模，允许用户通过继承、复合等方法实现模型扩展。在本章中，我们将以DC-OPF的开发进行展示。直流最优潮流功能的开发扩展了InterPSS现有的系统模型，通过开发程序接口有效整合了开源二次规划问题求解工具QuadProgJ，最终在InterPSS软件平台上实现。扩展内容主要包括三部分：1）扩展原有潮流计算的发电机节点模型和网络模型；2）将DC-OPF问题转换为严格凸二次规划(SCQP)问题；3）编写程序接口，开源SCQP求解器QuadProgJ作为外部插件引用并实现问题求解。

4.1模型扩展

图4-1展示了基于潮流模型的节点和网络模型扩展(灰色背景为InterPSS原有模型类，蓝色背景为引入的外部插件类，其余为扩展模型类)。用于OPF分析的节点类OpfBus由原来的潮流计算节点类AclfBus扩展而来，具有节点边际价格(LMP)信息；而OpfGenBus继承了OpfBus，并增加了OPF分析中的发电机经济运行属性（由于显示原因，并非所有扩展属性都在图中描述或显示）。支路类OpfBranch是基于潮流计算支路类AclfBranch扩展。新的网络类OpfNetwork继承了潮流计算网络类AclfNetwork，具有总发电成本等优化目标属性。

图4.1. 直流最优潮流模块的主要类及其关系

OpfGenBus基于AclfBus的扩展实例如下：

OpfGenBus

public interface OpfGenBus extends AclfBus {

public void setCoeffA(double coefficientA);

public double getCoeffA();

public void setCoeffB(double coefficientB);

public double getCoeffB();

public void setCapLowerLimit(double capLowerLimit);

public double getCapLowerLimit();

public void setCapUpperLimit(double capUpperLimit);

public double getCapUpperLimit();

public void setFixCost(double newFixCost);

public double getFixCost();

public void setAclfBus(AclfBus aclfBus);

public AclfBus getAclfBus();

}

4.2 DCOPF求解模型——二次规划问题

本文采用文献[1]中的扩展直流最优潮流的模型。该模型引入电压相角偏差量罚因子，目标函数中增加了线路两端功角差平方和，如式（1）

（1）

式中各变量具体意义见文[1]。此环节定义了EqIneqMatrixBuilder类，主要用于形成模型中相关参数矩阵。

EqIneqMatrixBuilder Code

public class EqIneqMatrixBuilder {

private OpfNetwork opfNet = null;

//省略构造器及其他一些方法，下面是形成节点功率平衡约束相关的Beq向量。

public ArrayRealVector formBeq() {

ArrayRealVector beq =

new ArrayRealVector(opfNet.getNoActiveBus());

for (Bus b : opfNet.getBusList()) {

OpfBus acbus = (OpfBus) b;

int busIndex = acbus.getSortNumber();

if (acbus.isLoad()) {

beq.setEntry(busIndex, acbus.getLoadP());

}

}

return beq;

}

}

4.3编写程序接口

该环节通过QuadProgDCOPFSolverImpl类实现了接口DCOPFSolver，调用QuadProgJ实现问题求解和回存优化结果到OpfNetowork模型中。该实现模式可适应未来扩展，其他SCQP问题的求解工具或方法只要实现DCOPFSolver接口，即可插入本程序实现功能扩展。

4.4算例

采用改进的IEEE30节点系统[Data: IEEE30ODM.XML]，电压相角偏差量罚因子Pi取值0.05，计算结果见表1。

表1. IEEE 30节点系统直流最优潮流结果统计表

源代码：

http://code.google.com/p/interpss/source/browse/#svn%2Ftrunk%2Fipss.opf

测试例子

http://code.google.com/p/interpss/source/browse/#svn%2Ftrunk%2Fipss.opf.test

Reference

[1] Sun J，Tesfatsion L．DC optimal power flow formulation and solution using quadprogj[J/OL]．http://www.econ.iastate.edu/tesfatsi/DC-OPF. JSLT.pdf，2007