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基于电网分区的无功优化并行算法研究

作　者: 朱小军
导　师: 陈刚
学　校: 重庆大学
专　业: 电气工程
关键词: 无功优化电网分区辅助问题原理 △-变量内点法罚函数模糊约束
分类号: TM744
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 220次
引　用: 1次
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内容摘要

等级电压控制的出现极大地提高了电力系统的安全稳定性和经济性,而无功电压优化作为等级电压控制中极为关键的一环,也使得现有的无功电压优化算法面临着新的挑战。如何提高无功优化算法的计算速度已成为当前急需解决的重要课题。本文从并行计算这一角度出发,根据目前电网大多采用无功电压分层分区平衡的特点,通过对电力系统分布式特征的研究,提出了一种基于电网分区的无功优化并行算法,从粗粒度上实现了无功优化的分布式并行计算,极大地提高了算法的并行度。在本文的算法中,如何保证各分区在计算上的完全独立,是一个十分关键的问题。为此,本文运用辅助问题原理,通过构造辅助问题,使得无功优化并行计算中不再出现不同变量间的交叉乘积,从而避免了增广拉格朗日函数中增广二次项对系统可分性的破坏,实现了各个子分区在计算上的完全分离。不过,大电网在进行分区并行计算时,随之又出现了多平衡节点之间的协调问题。而“?-变量”的提出为解决这一问题提供了可能。电压相角作为“?-变量”,可以通过中间变量进行协调,实现各分区间节点电压相角的统一。文中还对中间变量在辅助问题原理中的运用进行了推导,并给出了修正后的无功优化并行计算迭代公式。对于各子分区内部,其计算过程已经完全独立,可根据具体情况分别采用不同的方法进行优化计算。由于原-对偶内点法具有计算时间对求解问题的规模不敏感、计算精度较高等特点,因此,本文对各个子分区统一采用非线性原-对偶内点法进行求解。并且,针对该方法不能很好地处理离散变量、易出现不可行解等不足作出了改进。在引入二次罚函数机制,对优化计算中的离散变量进行处理的同时,采用模糊约束隶属函数对软约束做了模糊处理。这些改进方法,有效避免了无功优化计算中经常出现不可行解的情况,大大提高了算法的收敛可靠性。最后,通过IEEE118节点算例对研究内容进行了测试,采用四种不同优化方法进行计算,并对优化结果作出了对比分析,验证了本文算法的有效性。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-15
  1.1 电力网无功优化  8-9
  1.2 无功优化算法的发展  9-11
    1.2.1 传统无功优化方法  9
    1.2.2 现代人工智能方法  9-11
  1.3 问题的提出  11-13
    1.3.1 等级电压控制的出现  11-12
    1.3.2 无功优化算法所面临的新挑战  12-13
  1.4 无功优化并行计算的研究现状  13
  1.5 本文的主要工作  13-15
2 无功优化并行计算的研究基础  15-25
  2.1 并行计算理论基础  15-17
    2.1.1 并行化概述  15-16
    2.1.2 物理问题的并行求解过程  16
    2.1.3 并行计算的性能度量  16-17
  2.2 并行计算在电力系统中的应用  17-19
    2.2.1 潮流计算中的应用  18-19
    2.2.2 暂态稳定分析中的应用  19
  2.3 辅助问题原理  19-21
    2.3.1 求解极小值问题  20
    2.3.2 求解鞍点问题  20-21
  2.4 PC 集群技术原理  21-24
    2.4.1 PC 集群技术的基本概念  21-22
    2.4.2 集群技术下并行化平台的构建  22-24
  2.5 小结  24-25
3 无功优化并行算法的实现  25-40
  3.1 无功优化数学模型  25-26
    3.1.1 无功优化变量  25
    3.1.2 无功优化目标函数  25
    3.1.3 无功优化约束条件  25-26
    3.1.4 无功优化一般数学模型  26
  3.2 大电网的并行化处理  26-29
    3.2.1 电力网的分布式特点  27
    3.2.2 大电网分区  27-29
  3.3 子网间的分解与协调  29-34
    3.3.1 电网并行化处理后的优化模型  29-31
    3.3.2 辅助问题原理的运用  31-32
    3.3.3 多个子网间的分解与协调  32-34
  3.4 子网优化问题的求解  34-37
    3.4.1 原-对偶内点法的特点  34-35
    3.4.2 原-对偶内点法的运用  35-37
  3.5 并行算法的实现步骤  37-38
  3.6 小结  38-40
4 无功优化并行算法的实用化研究  40-49
  4.1 多平衡节点问题  40-42
    4.1.1 △-变量的应用  40-41
    4.1.2 迭代公式的修正  41-42
  4.2 离散变量处理  42-45
    4.2.1 二次罚函数  43-44
    4.2.2 罚函数的引入机理  44-45
  4.3 不可行问题的处理  45-48
    4.3.1 模糊约束的处理  45-46
    4.3.2 基于原-对偶内点法优化中的模糊约束处理  46-48
  4.4 提高并行算法优化速度的考虑  48
  4.5 小结  48-49
5 算例分析  49-55
  5.1 算例基本数据及测试方法  49-50
  5.2 本文算法流程及参数选取  50-52
  5.3 结果对比分析  52-54
  5.4 小结  54-55
6 结论及展望  55-57
致谢  57-58
参考文献  58-63
附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  63

基于电网分区的无功优化并行算法研究

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