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、遠距離、大容量發(fā)展，電力網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和運行方式更加復雜，系統(tǒng)運行的各種約束條件日益強化。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)的特點和發(fā)展趨勢，深入研究電力系統(tǒng)現(xiàn)代應用技術(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)化運行，無功補償配置規(guī)劃，多目標無功優(yōu)化運行，交直流混合系統(tǒng)的經(jīng)濟運行問題；以及基于PSO算法的優(yōu)化求解技術(shù)，包括改進的離散微粒群算法、并行微粒群算法和多目標微粒群算法等新穎的實用化算法等方面。圍繞以上課題，本文主要進行了以下研究工作：從系統(tǒng)的全局優(yōu)化觀點出發(fā)，建立了考慮限能電站約束的水火電協(xié)調(diào)優(yōu)化運行的數(shù)學模型。采用水電機組調(diào)峰運行的水火電協(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、向加速的改進變步長搜索算法確定水電機組的發(fā)電計劃。為了有效求解火電機組啟停優(yōu)化問題，本文根據(jù)PSO算法的收斂條件，提出了一種改進的離散微粒群優(yōu)化算法（DPSO），通過改進微粒位置的更新規(guī)則、引入無希望/重希望準則以及啟發(fā)式擬變異機制，克服了PSO易于陷入局部最優(yōu)的缺點，保證搜索在問題的可行域內(nèi)進行。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)的特點和無功電源建設的實踐經(jīng)驗

4、，建立了考慮有功網(wǎng)損發(fā)電補償費用、電能損失費用、無功補償建設費用的完善的無功補償配置規(guī)劃模型，且在計算無功補償費用時考慮了投資費用和固定安裝費用，使模型在經(jīng)濟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)的運行安全性和電能質(zhì)量的要求。根據(jù)模型的特點，提出了包括編碼方案、初始解的生成、適應度計算和非均勻變

5、異算子設計的改進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，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)定裕度最大為目標的多目標無功優(yōu)化模

6、型。對多目標優(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)化為單目標優(yōu)化求解。另外，在無法獲知各個目標的偏好因子的情況下，本文提出了一種以適應值空間（非變量空間）距離為評估依據(jù)選取最優(yōu)解的多目標粒子群算法（MOPSO），該方法可以獲得多目標優(yōu)化問題的Pareto解集。算例計算驗證了MOPSO對不同目標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)化的目標函數(shù)，分別考慮了交流網(wǎng)絡潮流約束和直流網(wǎng)絡潮流約束，優(yōu)化控制變量不僅包含傳統(tǒng)的交流變量，例如發(fā)電機機端電壓、有載調(diào)壓變壓器分接頭、無功補償點的無功投入容量，而且還根據(jù)實際直流系統(tǒng)控制的特點引入直流網(wǎng)絡的控制變量，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，