電力系統(tǒng)分布式多目標(biāo)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(wǎng)格局的逐步實(shí)現(xiàn)，以及特高壓交直流電網(wǎng)和分布式發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)大且日趨復(fù)雜，因而電力系統(tǒng)的各類計(jì)算正變得越來越繁瑣，傳統(tǒng)的計(jì)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(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要內(nèi)容，屬于計(jì)算復(fù)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(jì)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(gè)系統(tǒng)“軟分區(qū)”成若干較小規(guī)模的分區(qū)，即將原有計(jì)算量較大的問題分解為若干計(jì)算量較小、且相互之間耦合度較低的子任務(wù)，然后通過相互協(xié)調(diào)得到整個(gè)問題的解決方案。在電力系統(tǒng)改革日益深化、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)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(jì)算具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 在廣泛閱讀相關(guān)參考文獻(xiàn)并分類評述的基礎(chǔ)上，本文采用模糊聚類、模糊評價(jià)、多代理和智能搜索等理論和技術(shù)，緊密結(jié)合電力系統(tǒng)

3、工程實(shí)際，圍繞分布式多目標(biāo)無功優(yōu)化進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究和探索，主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新性成果如下： 提出了一種基于改進(jìn)模糊C均值聚類的無功電壓分區(qū)方法。該方法為了計(jì)及無功優(yōu)化時(shí)并聯(lián)電容組/電抗器組的投切、變壓器分接頭檔位的調(diào)節(jié)等離散控制變量的變化對系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)電氣量的影響，采用攝動分析方法逐一計(jì)算無功離散及連續(xù)控制變量攝動變化對各節(jié)點(diǎn)電壓的響應(yīng)。這種計(jì)算方法在每次攝動分析時(shí)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(jì)算的局限性

4、，符合電壓控制的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)過程。再依據(jù)歸一化后的攝動響應(yīng)值將網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)映射到無功變量空間，并與改進(jìn)的節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣相結(jié)合，得到了節(jié)點(diǎn)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(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?，可避免產(chǎn)生孤點(diǎn)等不合理的分區(qū)結(jié)果。然后利用改進(jìn)模糊C均值聚類算法對系統(tǒng)進(jìn)行無功電壓分區(qū)，采用改進(jìn)α分解算法或依據(jù)電網(wǎng)調(diào)度分區(qū)對系統(tǒng)分區(qū)數(shù)和聚類中心點(diǎn)進(jìn)行初始化，為算法提供有效的初始參數(shù)，避免了隨機(jī)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(biāo)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(jì)算，以進(jìn)一步保證所得分區(qū)結(jié)果的合理性。通過這種模糊聚類方法對節(jié)點(diǎn)進(jìn)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(shí)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(shí)際電網(wǎng)進(jìn)行仿真計(jì)算，驗(yàn)證了方法的可行性，并通過對結(jié)果進(jìn)行比較，表明了該方法所得分區(qū)結(jié)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(wǎng)的無功優(yōu)化問題分解為若干個(gè)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(fù)雜度。在無功電壓分區(qū)的基礎(chǔ)上，提出了一種多代理分布式多目標(biāo)無功優(yōu)化方法。考慮到不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的系統(tǒng)在進(jìn)行無功優(yōu)化時(shí)具有不同的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了兩類代理對分區(qū)后不同結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無功優(yōu)化，分別為用于環(huán)型網(wǎng)絡(luò)無功優(yōu)化的環(huán)網(wǎng)代理和用于輻射型網(wǎng)絡(luò)的輻射網(wǎng)代理。在進(jìn)行無功優(yōu)化時(shí)，兩類代理可選用不同的潮流算法、優(yōu)化數(shù)學(xué)模型、優(yōu)化算法對所負(fù)責(zé)的分區(qū)進(jìn)行無功優(yōu)化計(jì)算。針對分

7、布式多目標(biāo)無功優(yōu)化問題，建立隸屬度函數(shù)，對各優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行模糊評價(jià)，使得不同量綱的目標(biāo)之間可以相互比較。避免了傳統(tǒng)加權(quán)求和法中，因目標(biāo)函數(shù)原始值不同而造成的影響。并將多目標(biāo)問題解的模糊評價(jià)值映射成一個(gè)多維空間中不同的點(diǎn)，依據(jù)各個(gè)點(diǎn)與理想點(diǎn)之間歐氏距離的長短來衡量所得解的優(yōu)劣。然后根據(jù)分解協(xié)調(diào)的思想，分布式無功優(yōu)化時(shí)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(diǎn)的電氣量進(jìn)行交互，而分區(qū)內(nèi)部數(shù)據(jù)互相不可觀，從而保證了數(shù)據(jù)

8、的完整性和密封性。整個(gè)優(yōu)化過程中沒有計(jì)算的簡化和等值，也沒有海量數(shù)據(jù)的傳輸，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的全局一體化優(yōu)化，制定出適用于整個(gè)電網(wǎng)的全局無功配置決策。另外，在開放式網(wǎng)格服務(wù)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，圍繞多代理分布式多目標(biāo)無功優(yōu)化方法設(shè)計(jì)了一種用于電力系統(tǒng)無功優(yōu)化的網(wǎng)格計(jì)算構(gòu)架，通過封裝成網(wǎng)格服務(wù)的計(jì)算代理對所負(fù)責(zé)分區(qū)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，為分布式資源的共享和異構(gòu)問題提供了解決途徑。通過對IEEE算例系統(tǒng)及實(shí)際電網(wǎng)進(jìn)行仿真計(jì)算，驗(yàn)證了這種分布式多目標(biāo)無功

9、優(yōu)化方法的可行性和有效性。所得優(yōu)化結(jié)果表明，該方法可兼顧多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，在協(xié)調(diào)邊界節(jié)點(diǎn)參數(shù)的同時(shí)，有效地降低網(wǎng)絡(luò)損耗、提高節(jié)點(diǎn)電壓合格率。 電力系統(tǒng)無功優(yōu)化作為電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要內(nèi)容，所求得的無功資源優(yōu)化配置方案不僅要滿足電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(dāng)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(qiáng)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(jìn)行研究。為了在無功優(yōu)化時(shí)考慮薄弱功率傳輸

10、路徑的電壓穩(wěn)定性，提出了一種計(jì)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(biāo)經(jīng)過模糊評價(jià)后作為多代理分布式無功優(yōu)化問題的子目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，以提高分區(qū)中薄弱節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定裕度。然后利用所得無功優(yōu)化結(jié)果及薄弱節(jié)點(diǎn)信息，判別分區(qū)的最弱功率傳輸路徑，并計(jì)算該路徑的電壓穩(wěn)定性指標(biāo)。將關(guān)鍵發(fā)電機(jī)無功儲備指標(biāo)的計(jì)算擴(kuò)展為關(guān)鍵功率源點(diǎn)無功儲備指標(biāo)的計(jì)算，除了考慮關(guān)鍵發(fā)電機(jī)，還計(jì)及了虛擬功率源點(diǎn)的無功儲備對負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的影響。將各區(qū)所得電壓穩(wěn)定