基于外网等值的多区域电力系统无功优化计算

论文摘要

随着电力系统规模不断增大,常规无功优化算法在计算速度上难以满足在线分析的需要。分解协调优化方法将大规模优化问题分解为多个优化子问题,缩小了待求解问题的规模,为解决大电网在线无功优化计算难题提供了一条新途径。根据电力系统分层分区的结构和我国电力运行调度的特点,本文以非线性原对偶内点法为基础算法,提出基于外网等值技术的多区域无功优化分解协调计算方法,从而提高求解速度。本文主要采用Ward等值和REI等值技术对大规模互联电网进行分区等值。由于Ward等值和REI等值均属于静态等值,当外部系统变压器变比或支路导纳发生变化时,需不断对外部网络等值导纳矩阵进行重新计算而导致计算效率下降。故提出采用矩阵求逆辅助定理和支路等值注入功率模型实现对外部等值网络的快速修正,这种对外部等值网络进行修正的方法对Ward等值和REI等值均适用,因而可大幅度提高外部等值修正的计算效率。这两种算法对于区域之间具有强耦合或弱耦合的大系统均适用。在应用Ward等值方法求解多区域无功优化问题时,需要将所有子区域分为主区域和从区域,并确定边界节点在不同区域中的节点类型和区域间相角传递方法。在基态条件下,根据潮流计算结果确定边界节点等值注入功率初值。当子区域优化过程中由于外部网络中变压器变比变动使外网等值导纳矩阵发生改变时,通过采用外部等值网络快速修正技术提高等值导纳矩阵的修正计算效率。通过引入适合多区域无功协调优化的外部协调策略,以较少的协调通信量获得较好的协调效果。在应用REI等值方法求解多区域无功优化问题时,需要充分考虑不同REI节点合并方案对优化计算影响,在协调优化计算过程中,采用基于X-REI等值思想对REI等值网络进行修正以反映外部网络变动的影响,并在只交换边界节点电压值的条件下,确保实现全网协调优化。该算法采用REI等值技术进行电网分区,能较好地满足内网扰动时外网无功响应,有效地提高了基于外网等值技术的多区域无功优化分解协调计算的精度,通过引入X-REI思想进行外层协调计算,不仅协调通信量很小,而且具有较好的协调效果。通过仿真分析表明,若REI节点归并越细致,特别是将无功电源节点分类归并,优化迭代效果将越好,计算精度也更高,反之迭代效果和计算精度将变差,甚至迭代不收敛。以上述研究为基础,还建立了基于外网等值的多区域并行无功优化模型,并提出了并行计算模式和计算流程。通过采用Matlab并行计算平台实现对多区域无功优化并行计算,并根据并行仿真计算结果对基于Ward和REI等值的无功优化并行算法的性能进行了详细的比较分析。计算结果表明,采用外网等值技术的多区域无功优化分解协调算法能够较好地实现并行化处理,对提高大系统的计算速度更为明显。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 分解协调算法的基本思想
• 1.2.2 几种典型分解协调算法
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 无功优化模型与求解
• 2.1 无功优化模型
• 2.1.1 全网无功优化模型
• 2.1.2 多区域系统无功优化模型
• 2.1.3 多区域系统优化模型分解
• 2.2 离散变量的处理
• 2.3 引入离散惩罚机制的非线性原对偶内点法
• 2.3.1 构造增广拉格朗日函数
• 2.3.2 求取原变量和对偶变量的修正方向
• 2.3.3 迭代步长的确定和壁垒参数的修正
• 2.3.4 考虑离散变量的非线性原对偶内点法计算步骤
• 2.4 本章小结
• 第三章 外网等值及等值网络的快速修正
• 3.1 常用外网等值技术
• 3.1.1 Ward 等值技术
• 3.1.2 REI 等值技术
• 3.2 外部等值网络的快速修正
• 3.2.1 等值导纳计算存在的问题
• 3.2.2 矩阵求逆辅助定理
• 3.2.3 运用矩阵求逆辅助定理快速修正
• 3.3 基于支路等值注入功率的外部等值网络修正技术
• 3.3.1 支路等值注入功率模型
• 3.3.2 外部等值网络变换
• 3.3.3 外网等值归并方法
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于Ward 等值的多区域无功优化算法
• 4.1 引言
• 4.2 Ward 等值分区
• 4.3 多区域无功优化问题求解
• 4.3.1 外边界节点处理与相角传递
• 4.3.2 等值注入功率初值计算
• 4.3.3 等值导纳修正计算
• 4.3.4 Ward 等值分区无功优化计算
• 4.3.5 外层协调计算
• 4.4 计算流程
• 4.5 算例分析
• 4.5.1 仿真系统分区
• 4.5.2 计算结果分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于REI 等值的多区域无功优化计算
• 5.1 引言
• 5.2 REI 等值分区
• 5.3 REI 节点合并方案
• 5.4 多区域无功优化计算
• 5.4.1 相角传递方法
• 5.4.2 REI 等值初值计算
• 5.4.3 REI 等值分区无功优化计算
• 5.4.4 外层协调计算与REI 等值网络修正
• 5.5 计算流程
• 5.6 算例分析
• 5.7 本章小结
• 第六章 基于外网等值的多区域无功优化并行计算
• 6.1 引言
• 6.2 并行计算技术基础
• 6.2.1 并行计算机体系结构
• 6.2.2 并行编程模型
• 6.2.3 并行计算效果评价
• 6.3 多区域并行无功优化模型
• 6.4 并行优化计算模式与流程
• 6.4.1 并行优化计算模式
• 6.4.2 并行优化计算流程
• 6.5 Matlab 并行环境下的算法实现
• 6.5.1 Matlab 并行计算平台
• 6.5.2 Matlab 并行计算环境配置
• 6.5.3 Matlab 并行程序开发
• 6.6 算例分析
• 6.6.1 仿真系统分区
• 6.6.2 并行计算结果
• 6.6.3 两种等值算法比较分析
• 6.7 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 工作展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件