交直流输电系统无功优化研究

论文摘要

随着电网规模的扩大和电力市场的逐渐开放，电力系统的安全经济运行受到越来越多的关注,利用合理、系统的无功调节手段对电网进行无功优化,不仅能有效保证电压质量,而且能提高电力系统运行的稳定性和安全性,降低电能损耗,充分发挥电能的经济效益。随着高压直流输电的发展,直流输电由于其经济性以及运行特性等方面的突出优点,近年来在大容量电能传输中得到广泛应用。利用直流输电与交流输电相互配合进行交直流混合输电己成为各区域电网之间进行互联的主要输电方式之一。在交直流输电系统中,如何通过对直流控制量和交流控制量合理地进行优化调度,使其经济性或安全性达到最优是交直流输电系统的研究中值得关注的重要问题。本文的无功优化是建立在交直流混合输电系统的模型之上,综合考虑直流输电的常用运行方式,通过对直流电压、直流电流、传输功率以及换流器控制角等直流控制量和交流侧发电机端电压、可调变压器分接头及无功补偿容量等交流控制量进行合理配置,达到整个交直流输电系统的有功网损最小的目的,并且使系统的各节点电压、发电机节点的无功出力等都在合理的范围内。在此基础之上,通过对无功优化的经典算法、人工智能算法以及混合寻优算法进行研究提出了内点法与粒子群算法结合的混合寻优策略。由于内点法尤其是预测—校正原对偶内点法具有较快的寻优速度并且对系统的规模不敏感,尤其是在计算大规模规划问题时优点尤为突出,但是处理离散变量较为困难；而粒子群算法作为一种新型的群智能优化算法相对同类人工智能算法来说也具有较快的寻优速度,而且操作简单,易于处理离散变量,但是在处理大规模问题时,粒子容易缺乏多样性而陷入局部最优。本文的寻优策略是将交直流无功优化问题分解为连续优化和离散优化两个子问题,结合两种算法的特点,用两种算法交替进行求解。算例表明,本文的混合寻优算法具有较好的收敛性和较快的寻优速度；能够很容易地处理离散变量；并且算法中只是用粒子群算法来进行离散优化子问题的求解,与单纯用粒子群算法处理整个优化问题比较,相当于减小了问题的规模,粒子更容易寻找到全局最优解。本文还通过算例对采用不同的直流运行方式的交直流输电系统进行无功优化计算,算例表明采用不同的直流运行方式,其无功优化结果是不同的,例如采用整流侧定电流控制—逆变侧定熄弧角控制,则系统的经济性较好,优化结果即有功网损最小,而对于相同的系统采用整流侧定触发角控制—逆变侧定电流控制,则系统的安全性较好,即节点的电压水平较高。因此实际的系统运行中,需要根据对于系统的不同运行需求合理的选择直流输电的运行控制方式。总之,随着电网规模的发展及直流输电的应用,交直流无功优化的研究对于系统的安全性以及经济性都具有积极地意义,但是无功优化本身就是一个复杂的多变量、多约束的混合非线性规划问题,随着直流输电技术的不断发展以及新的优化算法的应用,对于交直流无功优化的许多问题还需进一步进行研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 研究状况和现状分析
• 1.3 本文的主要研究工作
• 第二章 无功优化求解算法
• 2.1 无功优化经典算法
• 2.1.1 线性规划法
• 2.1.2 非线性规划法
• 2.1.3 混合整数规划法
• 2.1.4 动态规划法
• 2.1.5 内点法
• 2.2 无功优化人工智能算法
• 2.2.1 人工神经网络
• 2.2.2 模糊优化法
• 2.2.3 模拟退火算法
• 2.2.4 禁忌搜索算法
• 2.2.5 遗传算法
• 2.2.6 粒子群算法
• 2.2.7 蚁群算法
• 2.3 无功优化混合算法
• 2.4 本章小结
• 第三章 交直流无功优化基础
• 3.1 交直流输电系统模型
• 3.2 交直流输电系统的潮流计算
• 3.2.1 交直流潮流计算模型
• 3.2.2 交直流潮流计算的联合求解法
• 3.2.3 交直流潮流计算的交替求解法
• 3.3 交直流输电系统无功功率
• 3.3.1 换流器无功消耗计算
• 3.3.2 换流站无功功率控制方式
• 3.3.3 交流系统对直流系统的无功支持
• 3.4 交直流输电系统无功优化措施
• 3.5 本章小结
• 第四章 交直流无功优化模型及算法
• 4.1 交直流无功优化模型
• 4.1.1 目标函数
• 4.1.2 功率方程约束
• 4.1.3 变量约束
• 4.2 算法研究
• 4.2.1 内点法原理
• 4.2.2 粒子群算法原理
• 4.2.3 混合寻优策略
• 4.3 本章小结
• 第五章 算例分析
• 5.1 IEEE118节点算例分析
• 5.1.1 原始数据处理
• 5.1.2 仿真条件
• 5.1.3 优化结果分析
• 5.2 IEEE30节点算例分析
• 5.2.1 原始数据处理
• 5.2.2 仿真条件
• 5.2.3 优化结果分析
• 5.3 山东电网算例分析
• 5.3.1 山东电网概述
• 5.3.2 优化结果分析
• 5.3.3 换流变压器离散性考虑
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文及参与的项目
• 学位论文评阅及答辩情祝表