基于并行計算和粒子群優(yōu)化算法的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化問題研究.pdf

1、近年來，伴隨我國經(jīng)濟社會的高速發(fā)展，電力工業(yè)取得了長足的進步，電力系統(tǒng)規(guī)模日益擴大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復雜，對調(diào)度管理工作提出了更高的要求。其中一個重要的方面就是更好的保證系統(tǒng)的無功功率合理分布、完善電網(wǎng)無功調(diào)度，以降低電網(wǎng)有功損耗，提高電壓質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性。因此，快速、高質(zhì)量的求解電力系統(tǒng)無功優(yōu)化問題對于電網(wǎng)調(diào)度運行意義重大。
　　 粒子群優(yōu)化算法已用于包括無功優(yōu)化在內(nèi)的電力系統(tǒng)各種優(yōu)化問題中，表現(xiàn)出了較好的尋優(yōu)能力和收斂速度，但是

2、它的計算量較大，串行求解速度難以滿足實時需求。本文圍繞如何快速、高質(zhì)量求解無功優(yōu)化的問題，結(jié)合粒子群優(yōu)化算法和應用日趨廣泛的并行計算技術，主要做了以下研究：
　　 論文首先介紹了電力系統(tǒng)無功優(yōu)化問題的研究背景、基本概念和研究意義，然后綜述了近年來得到廣泛研究和豐富發(fā)展的各種無功優(yōu)化問題求解方法和思路，并分析了不同方法的特點，同時介紹了并行計算技術的基礎知識及其在電力系統(tǒng)多個研究領域的應用現(xiàn)狀。
　　 第二章首先簡要介紹了

3、粒子群優(yōu)化算法的基本原理和數(shù)學模型。然后抓住粒子群優(yōu)化算法的固有并行性，結(jié)合基于消息傳遞接口的并行計算技術，提出了一種主從式并行粒子群優(yōu)化算法用于求解電力系統(tǒng)無功優(yōu)化問題，并且詳細介紹了算法的并行結(jié)構(gòu)以及相關并行知識。在該算法中，整個粒子群的尋優(yōu)工作被分配給多個進程并行完成，其中主進程的主要任務為粒子群的初始化和更新，而從進程的主要任務為潮流和適應值的計算。最后在一臺超級計算機上對一系列測試系統(tǒng)進行了仿真優(yōu)化，結(jié)果表明，并行粒子群優(yōu)化算

4、法的尋優(yōu)性能較強，并且能夠充分利用計算資源，獲得了較高的加速比和并行效率。
　　 第三章針對電力系統(tǒng)動態(tài)無功優(yōu)化問題求解困難、計算量大的問題，提出了基于消息傳遞接口技術的主從并行粒子群優(yōu)化算法求解計及變壓器分接頭和并聯(lián)無功補償器調(diào)節(jié)成本的動態(tài)無功優(yōu)化數(shù)學模型。在一臺超級計算機上對測試系統(tǒng)進行優(yōu)化的結(jié)果表明了該算法能夠有效的求解動態(tài)無功優(yōu)化問題，在減小網(wǎng)絡損耗的同時避免了對控制設備過于頻繁的調(diào)節(jié)，并且擁有較好的并行性能，能大幅縮短

5、求解時間。
　　 第四章針對大規(guī)模電力系統(tǒng)無功優(yōu)化控制變量規(guī)模龐大、求解速度慢的問題，提出了一種基于電網(wǎng)分區(qū)的主從二級并行粒子群優(yōu)化算法。該算法首先將一個大規(guī)模電力系統(tǒng)分解成多個子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)均有一個粒子群對其進行獨立的無功優(yōu)化，而每個子系統(tǒng)的優(yōu)化任務都由主進程分配到一個子進程組來完成；在每個進程組內(nèi)部，都有一個“組長”進程，它負責粒子群的初始化和更新等任務，并將潮流和適應值的計算任務分配給該進程組中的從進程完成。這樣，便構(gòu)成

6、了一種金字塔式的主從二級并行結(jié)構(gòu)。每次迭代完成后，由主進程將各子系統(tǒng)的最優(yōu)解對應的控制變量收集起來，然后對整個系統(tǒng)進行一次潮流計算，并將計算結(jié)果發(fā)送到各進程組，以便它們更新子系統(tǒng)邊界節(jié)點的狀態(tài)。最后，在一個小規(guī)模PC機群上對測試系統(tǒng)進行仿真優(yōu)化，結(jié)果表明該算法大大降低了大規(guī)模無功優(yōu)化的求解難度，利用成本低廉的并行計算資源便可以在短時間內(nèi)找到較優(yōu)解。
　　 為了獲得比第四章算法更好的全局尋優(yōu)性能，第五章針對大規(guī)模無功優(yōu)化問題換了新

7、的求解思路，提出了一種并行協(xié)同粒子群優(yōu)化算法。該算法采用對等模式為主的二級并行方案求解無功優(yōu)化問題。第一級并行是指引入?yún)f(xié)同進化思想，通過控制變量分組，將原大規(guī)模優(yōu)化問題分解成幾個相互關聯(lián)的子優(yōu)化問題，每一個子優(yōu)化問題對應一個子粒子群，各子粒子群相互合作、協(xié)同求取最優(yōu)解。第二級并行是指用粒子群優(yōu)化算法求解子優(yōu)化問題時，使用多個進程并行求解，進程間采用對等模式分配計算任務，使得計算負荷更平衡，通信次數(shù)和通信量更少，提高了優(yōu)化效率。此外，為了