電力系統(tǒng)分布式多目標無功優(yōu)化研究.pdf

1、隨著我國電力系統(tǒng)“西電東送，南北互供”大聯(lián)網格局的逐步實現(xiàn)，以及特高壓交直流電網和分布式發(fā)電技術的發(fā)展，電力系統(tǒng)規(guī)模不斷擴大且日趨復雜，因而電力系統(tǒng)的各類計算正變得越來越繁瑣，傳統(tǒng)的計算分析方法受到挑戰(zhàn)。無功優(yōu)化作為保障電力系統(tǒng)安全經濟運行的重要內容，屬于計算復雜度非常高的非線性混合優(yōu)化問題，其求解難度將因以上原因迅速增大，因而傳統(tǒng)的集中式優(yōu)化計算模式難以有效地滿足大規(guī)模系統(tǒng)的無功優(yōu)化需求?？紤]到無功功率平衡的局部特性，可以通過電壓無功

2、分區(qū)方法將整個系統(tǒng)“軟分區(qū)”成若干較小規(guī)模的分區(qū)，即將原有計算量較大的問題分解為若干計算量較小、且相互之間耦合度較低的子任務，然后通過相互協(xié)調得到整個問題的解決方案。在電力系統(tǒng)改革日益深化、電網結構日趨復雜的大環(huán)境下，這種“分而治之”的方法符合電力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢，對大規(guī)模電力系統(tǒng)的分析計算具有十分重要的現(xiàn)實意義。 在廣泛閱讀相關參考文獻并分類評述的基礎上，本文采用模糊聚類、模糊評價、多代理和智能搜索等理論和技術，緊密結合電力系統(tǒng)

3、工程實際，圍繞分布式多目標無功優(yōu)化進行了系統(tǒng)深入的研究和探索，主要研究內容和創(chuàng)新性成果如下： 提出了一種基于改進模糊C均值聚類的無功電壓分區(qū)方法。該方法為了計及無功優(yōu)化時并聯(lián)電容組/電抗器組的投切、變壓器分接頭檔位的調節(jié)等離散控制變量的變化對系統(tǒng)中各節(jié)點電氣量的影響，采用攝動分析方法逐一計算無功離散及連續(xù)控制變量攝動變化對各節(jié)點電壓的響應。這種計算方法在每次攝動分析時都考慮了各無功控制變量的共同影響，克服了傳統(tǒng)靈敏度計算的局限性

4、，符合電壓控制的準穩(wěn)態(tài)過程。再依據歸一化后的攝動響應值將網絡中的各節(jié)點映射到無功變量空間，并與改進的節(jié)點關聯(lián)矩陣相結合，得到了節(jié)點間的電氣距離。所得電氣距離既包含了電氣信息，也包含了系統(tǒng)網絡拓撲信息，可避免產生孤點等不合理的分區(qū)結果。然后利用改進模糊C均值聚類算法對系統(tǒng)進行無功電壓分區(qū)，采用改進α分解算法或依據電網調度分區(qū)對系統(tǒng)分區(qū)數(shù)和聚類中心點進行初始化，為算法提供有效的初始參數(shù)，避免了隨機初始化可能會陷入局部最優(yōu)解的問題。聚類過程中

5、，聚類有效性指標被用于評判聚類分區(qū)的效果，從而最終確定系統(tǒng)分區(qū)數(shù)。專家知識也被加入聚類計算，以進一步保證所得分區(qū)結果的合理性。通過這種模糊聚類方法對節(jié)點進行“軟”聚類分區(qū)，更能客觀地反映事物分類的不確定性，同時在一定程度上增大了求得聚類最優(yōu)解的概率，可以取得更好的聚類效果。利用該方法對IEEE算例系統(tǒng)及實際電網進行仿真計算，驗證了方法的可行性，并通過對結果進行比較，表明了該方法所得分區(qū)結果更加合理有效。 通過電力系統(tǒng)無功電壓分區(qū)

6、，可將大規(guī)模電網的無功優(yōu)化問題分解為若干個小規(guī)模分區(qū)的優(yōu)化子問題，降低了無功優(yōu)化問題的復雜度。在無功電壓分區(qū)的基礎上，提出了一種多代理分布式多目標無功優(yōu)化方法。考慮到不同拓撲結構的系統(tǒng)在進行無功優(yōu)化時具有不同的特點，設計了兩類代理對分區(qū)后不同結構的網絡進行無功優(yōu)化，分別為用于環(huán)型網絡無功優(yōu)化的環(huán)網代理和用于輻射型網絡的輻射網代理。在進行無功優(yōu)化時，兩類代理可選用不同的潮流算法、優(yōu)化數(shù)學模型、優(yōu)化算法對所負責的分區(qū)進行無功優(yōu)化計算。針對分

7、布式多目標無功優(yōu)化問題，建立隸屬度函數(shù)，對各優(yōu)化目標進行模糊評價，使得不同量綱的目標之間可以相互比較。避免了傳統(tǒng)加權求和法中，因目標函數(shù)原始值不同而造成的影響。并將多目標問題解的模糊評價值映射成一個多維空間中不同的點，依據各個點與理想點之間歐氏距離的長短來衡量所得解的優(yōu)劣。然后根據分解協(xié)調的思想，分布式無功優(yōu)化時各代理在交互的信息量較少的情況下，通過Internet對各自邊界節(jié)點的電氣量進行交互，而分區(qū)內部數(shù)據互相不可觀，從而保證了數(shù)據

8、的完整性和密封性。整個優(yōu)化過程中沒有計算的簡化和等值，也沒有海量數(shù)據的傳輸，最終實現(xiàn)整個系統(tǒng)的全局一體化優(yōu)化，制定出適用于整個電網的全局無功配置決策。另外，在開放式網格服務體系結構的基礎上，圍繞多代理分布式多目標無功優(yōu)化方法設計了一種用于電力系統(tǒng)無功優(yōu)化的網格計算構架，通過封裝成網格服務的計算代理對所負責分區(qū)進行優(yōu)化計算，為分布式資源的共享和異構問題提供了解決途徑。通過對IEEE算例系統(tǒng)及實際電網進行仿真計算，驗證了這種分布式多目標無功

9、優(yōu)化方法的可行性和有效性。所得優(yōu)化結果表明，該方法可兼顧多個優(yōu)化目標，在協(xié)調邊界節(jié)點參數(shù)的同時，有效地降低網絡損耗、提高節(jié)點電壓合格率。 電力系統(tǒng)無功優(yōu)化作為電網安全經濟運行的重要內容，所求得的無功資源優(yōu)化配置方案不僅要滿足電網經濟運行的要求，而且要滿足系統(tǒng)對電壓安全性的要求。無功資源配置不當會使得系統(tǒng)存在電壓失穩(wěn)事故隱患，因而有必要從增強系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的角度出發(fā)，對電力系統(tǒng)無功優(yōu)化問題進行研究。為了在無功優(yōu)化時考慮薄弱功率傳輸

10、路徑的電壓穩(wěn)定性，提出了一種計及電壓穩(wěn)定的多代理分布式無功優(yōu)化方法。該方法先將局部電壓穩(wěn)定性指標經過模糊評價后作為多代理分布式無功優(yōu)化問題的子目標進行優(yōu)化，以提高分區(qū)中薄弱節(jié)點的穩(wěn)定裕度。然后利用所得無功優(yōu)化結果及薄弱節(jié)點信息，判別分區(qū)的最弱功率傳輸路徑，并計算該路徑的電壓穩(wěn)定性指標。將關鍵發(fā)電機無功儲備指標的計算擴展為關鍵功率源點無功儲備指標的計算，除了考慮關鍵發(fā)電機，還計及了虛擬功率源點的無功儲備對負荷節(jié)點的影響。將各區(qū)所得電壓穩(wěn)定