基于电网分区的无功优化并行算法研究

论文摘要

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。

论文目录

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