現(xiàn)代電力系統(tǒng)優(yōu)化模型及其相關(guān)算法研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代電力工業(yè)向大系統(tǒng)、超高壓、遠(yuǎn)距離、大容量發(fā)展，電力網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式更加復(fù)雜，系統(tǒng)運(yùn)行的各種約束條件日益強(qiáng)化。在這種情況下，電力系統(tǒng)優(yōu)化問題出現(xiàn)了很多新的特點(diǎn)和要求，采用傳統(tǒng)的優(yōu)化模型以及常規(guī)優(yōu)化方法求解存在很大難度。根據(jù)現(xiàn)代電力系統(tǒng)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢，深入研究電力系統(tǒng)現(xiàn)代應(yīng)用技術(shù)的特性，發(fā)展和完善現(xiàn)代電力系統(tǒng)優(yōu)化模型和實用算法是當(dāng)前電力系統(tǒng)研究和工程實踐的重要課題之一。本論文針對現(xiàn)代電力系統(tǒng)優(yōu)化中的若干問題及其實用算法進(jìn)行了深入

2、的研究，主要內(nèi)容涉及水火電混合系統(tǒng)有功功率的優(yōu)化運(yùn)行，無功補(bǔ)償配置規(guī)劃，多目標(biāo)無功優(yōu)化運(yùn)行，交直流混合系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問題；以及基于PSO算法的優(yōu)化求解技術(shù)，包括改進(jìn)的離散微粒群算法、并行微粒群算法和多目標(biāo)微粒群算法等新穎的實用化算法等方面。圍繞以上課題，本文主要進(jìn)行了以下研究工作：從系統(tǒng)的全局優(yōu)化觀點(diǎn)出發(fā)，建立了考慮限能電站約束的水火電協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型。采用水電機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行的水火電協(xié)調(diào)策略，處理水火電之間的協(xié)調(diào)調(diào)度問題，提出了可雙

3、向加速的改進(jìn)變步長搜索算法確定水電機(jī)組的發(fā)電計劃。為了有效求解火電機(jī)組啟停優(yōu)化問題，本文根據(jù)PSO算法的收斂條件，提出了一種改進(jìn)的離散微粒群優(yōu)化算法（DPSO），通過改進(jìn)微粒位置的更新規(guī)則、引入無希望/重希望準(zhǔn)則以及啟發(fā)式擬變異機(jī)制，克服了PSO易于陷入局部最優(yōu)的缺點(diǎn)，保證搜索在問題的可行域內(nèi)進(jìn)行。對兩個算例系統(tǒng)的仿真計算及與其它方法的比較表明，該算法在搜索精度和搜索速度方面均具有很大的優(yōu)越性。根據(jù)現(xiàn)代電網(wǎng)的特點(diǎn)和無功電源建設(shè)的實踐經(jīng)驗

4、，建立了考慮有功網(wǎng)損發(fā)電補(bǔ)償費(fèi)用、電能損失費(fèi)用、無功補(bǔ)償建設(shè)費(fèi)用的完善的無功補(bǔ)償配置規(guī)劃模型，且在計算無功補(bǔ)償費(fèi)用時考慮了投資費(fèi)用和固定安裝費(fèi)用，使模型在經(jīng)濟(jì)性評價方面更具合理性和實用性。優(yōu)化模型的約束條件不僅考慮了常規(guī)的基波潮流約束、電壓上下限約束、補(bǔ)償裝置容量約束，變壓器抽頭位置約束，還計及了諧波電壓最大畸變率的約束，可使模型滿足系統(tǒng)的運(yùn)行安全性和電能質(zhì)量的要求。根據(jù)模型的特點(diǎn)，提出了包括編碼方案、初始解的生成、適應(yīng)度計算和非均勻變

5、異算子設(shè)計的改進(jìn)PSO算法。在該方法中，染色體的編碼采用按電壓的等級分段編碼的方案，這樣可以對不同電壓等級采用不同的變異算子和進(jìn)行不同精度的搜索，提高算法的優(yōu)化效率。針對大系統(tǒng)優(yōu)化計算時搜索速度慢、解的精度低的缺點(diǎn)，文中提出了變?nèi)后w規(guī)模的并行PSO算法和基于自然管理分區(qū)和電壓等級分層的分區(qū)分層優(yōu)化技術(shù)，對實際系統(tǒng)的計算表明，本文提出的改進(jìn)算法在計算速度和精度上均獲得較大提高。建立了以網(wǎng)損最小、靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度最大為目標(biāo)的多目標(biāo)無功優(yōu)化模

6、型。對多目標(biāo)優(yōu)化模型，本文提出了兩種求解途徑，一種通過不同量綱函數(shù)的歸一化映射和加權(quán)把問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化求解。另外，在無法獲知各個目標(biāo)的偏好因子的情況下，本文提出了一種以適應(yīng)值空間（非變量空間）距離為評估依據(jù)選取最優(yōu)解的多目標(biāo)粒子群算法（MOPSO），該方法可以獲得多目標(biāo)優(yōu)化問題的Pareto解集。算例計算驗證了MOPSO對不同目標(biāo)的量綱差異具有較好的魯棒性。本文將電力系統(tǒng)無功優(yōu)化問題從純交流系統(tǒng)擴(kuò)展到交直流混合系統(tǒng)，建立了交直流混合

7、系統(tǒng)的無功優(yōu)化運(yùn)行模型。該模型以交流系統(tǒng)網(wǎng)損與直流系統(tǒng)網(wǎng)損之和最小為優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，分別考慮了交流網(wǎng)絡(luò)潮流約束和直流網(wǎng)絡(luò)潮流約束，優(yōu)化控制變量不僅包含傳統(tǒng)的交流變量，例如發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓、有載調(diào)壓變壓器分接頭、無功補(bǔ)償點(diǎn)的無功投入容量，而且還根據(jù)實際直流系統(tǒng)控制的特點(diǎn)引入直流網(wǎng)絡(luò)的控制變量，例如換流器的控制電壓、控制電流、控制功率等。針對該模型，提出了基于改進(jìn)PSO算法的解決方法，并在該方法中引入基于專家知識的定向變異策略。算例研究表明，