论文摘要
基于面向时间过程思想研究配电网分析与控制问题无论在基础理论研究还是实际工程应用方面都具有十分重要的意义。在动态系统的观测过程中,采集往往是以数据时间切片的形式,所以长期以来网络能量损耗的计算均采用时间切片的积分形式计算,并无电能量损耗直接的评估方法,能量损耗计算所需的数据信息和计算量都较大,计算效率不高。而且,在工程实际中电力系统是广域快速动态系统,常规的基于时间断面信息的反馈控制方法无法解决控制变量受经济性、安全性指标的制约不可能对每个时间断面做出反应的问题,控制中心决策过程缓慢与电网需要动态快速响应的矛盾也难以协调。因此,本文提出了时间过程特征状态的概念,应用面向时间过程的思想进行理论分析并面向时间区间制定优化控制策略。考虑到单纯地分析时间断面数据会抛弃断面间的联系,无法准确描述系统的动态运行过程,而逐点计算的方法在断面数据较多的情况下会遭遇计算量过大的困境,时间过程特征状态的概念将面向时间过程的优化控制问题对应等价为面向特征断面的优化控制问题,化繁为简,动态问题采用静态方法求解,有助于依靠以点带面的思想制定适用于某个时间区间的静态控制策略,然后通过时序融合算法得到整个时间区间时间分段方案,从而生成整个时间区间有效的动态控制策略。首先,基于时间过程特征状态的概念,本文在配电网分析与优化问题中引入了时序融合思想,为面向时间区间制定优化方案问题提供了理想的过程分段规则。在此基础上,通过对负荷波动对网络能量损耗的灵敏度分析,建立了给定时段内配网有功能量损耗的评估模型,根据过程特征状态对给定时间区间内网络的有功能量损耗进行直接评估,使有功能量损耗计算问题的求解在考虑负荷变化的情况下,在快速性与准确性之间达到了平衡。此外,该评估模型将网络有功能量损耗分解成3个部分,包括1个基本项和两个修正项,各部分物理意义清晰,可根据系统实际的量测配置分别简单求取,极大地改善了算法适应性。其次,在保证安全性的前提下,以网络能量损耗作为经济性指标制定了面向时间过程的配电网电容器规划与控制策略。电容器规划与控制问题的数学模型相似,本文将这两种问题结合起来进行讨论。受到安全和经济等因素的影响,电容器的安装数量、位置、类型和容量都不能根据负荷变化无限制地更改,即应尽量避免控制变量过于频繁的调节。因此,离散控制设备动作次数约束造成动态无功优化问题的时空强耦合,使问题的复杂度大大增加,本文以包括配置电容器的节能降耗收益与控制变量调节代价的综合运行费用最小为目标,面向时间过程特征状态建立了求解电容器优化配置问题的数学模型,从而得到了一段时间区间内的电容器优化问题静态配置方案。然后,结合时序融合算法所提供的时间分段方案,可以得到整个时间区间的动态优化策略。在电容器动态投切问题中,为便于时间切片数据的融合,本文将多节点电容器动态投切问题分解为一系列单节点电容器动态投切子问题,然后通过迭代依次求解子问题的方式得到整个时间区间内各节点电容器的最优动作时间和投入容量。再次,基于时间过程特征状态的概念,本文提出了面向时间区间的配电网静态重构和动态重构算法。在考虑负荷变化的情况下,依靠有功能量损耗评估模型,提出一个以能量损耗最小为目标的静态重构策略,在寻优过程中将开关状态的变化问题转化为回路电流源的叠加问题,仅需要一次弱环网潮流计算,有效降低了求解面向时间过程的重构问题所需的计算量。针对动态重构问题,考虑到开关操作次数的约束,本文构造了开关动作成本函数并以罚函数的形式扩展到动态重构的模型当中,面向时间过程特征状态建立了一个最大收益原则的时序融合算法,将传统的数学规划算法与现代智能算法相结合,根据每次开关操作在整个时间区间内的降损收益,确定了一段时间内网络动态重构所需的开关操作时间序列,取得较为理想的优化结果。最后,基于时间过程特征状态的概念,提出了面向时间过程的配电网多目标综合优化方法,结合电容器投切与网络重构两种优化措施,将降低系统能量损耗与均衡负荷共同作为优化目标,通过对网络重构与电容器投切两个子问题的交替迭代求解,得到了比单一优化方式更加理想的优化方案。