水火电力系统最优潮流问题的分布式计算研究

论文摘要

水火电力系统最优潮流问题（HTOPF）是一个大规模多时段的动态非线性最优化问题,其计算量远远大于经典的最优潮流问题（OPF）。随着电力系统规模的日益扩大,求解模型的不断精确与完善,运行周期中的计算时间间隔越来越短,时段数越来越多,相应的计算量急剧增加。特别是当模型中考虑了梯级水电厂之后,由于实际的运行特性,各个水电厂之间、各个时段之间因水量关系相互耦合,必须将整个运行周期进行统一考虑,计算量将十分庞大,采用传统的单机集中式计算,计算时间无法满足要求。因此,研究高效的水火电力系统最优潮流的分布式算法已是势在必行。本文在现代内点算法中,依据分块法,将大规模的简约修正方程解耦,从而得到了一种各个时段分布计算的HTOPF问题的分布式计算方法。并采用性价比高的PC机群（PC-cluster）和数值计算能力强大的Matlab分布式计算环境（MDCE）搭建了分布式计算平台,成功地求解了大规模系统的HTOPF问题。通过对5个测试系统分别在5个不同的运行周期中运行的仿真计算结果分析中可以得出,本文的算法继承了内点法良好的收敛性,模型真实的反映了实际电力系统中各种发电厂的出力情况,以及梯级水电厂运行情况,节省了大量计算时间,获得了较高的加速比和效率。该方法能满足水火电力系统最优潮流问题的实际应用,具有广泛的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 主要符号对照表
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的意义
• 1.2 水火电力系统最优潮流研究现状
• 1.3 分布式计算在电力系统中的应用现状
• 1.3.1 在潮流计算问题中的应用
• 1.3.2 在暂态稳定分析中的应用
• 1.3.3 在能量管理系统中的应用
• 1.3.4 在电力系统规划中的应用
• 1.3.5 在最优潮流问题中的应用
• 1.3.6 在无功优化问题中的应用
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 MATLAB分布式计算
• 2.1 引言
• 2.2 分布式系统
• 2.2.1 分布式系统的概念
• 2.2.2 分布式系统的分类
• 2.2.3 分布式系统的优点与不足
• 2.3 分布式计算环境
• 2.3.1 分布式计算环境与网络计算环境
• 2.3.2 分布式计算环境与分布式计算系统
• 2.3.3 分布式计算环境与合作计算
• 2.3.4 分布式计算环境与开放系统
• 2.4 分布式算法
• 2.4.1 分布式算法与集中式算法
• 2.4.2 分布式算法的分类依据
• 2.5 搭建分布式系统应注意的一些问题
• 2.6 MATLAB分布式计算平台
• 2.6.1 MATLAB分布式计算平台简介
• 2.6.2 MATLAB分布式计算平台工作过程
• 2.6.3 MATLAB分布式计算平台的搭建与运行实例
• 2.7 分布式计算的性能指标
• 2.7.1 运行时间
• 2.7.2 加速比
• 2.7.3 效率
• 2.8 分布式算法设计应注意的问题
• 2.9 本章小结
• 第3章 现代内点算法和精确解耦法
• 3.1 概述
• 3.2 现代内点理论
• 3.2.1 现代内点理论的历史
• 3.2.2 现代内点算法的分类
• 3.3 基于扰动KKT条件的现代内点算法
• 3.3.1 算法的理论基础
• 3.3.2 算法的推导过程
• 3.3.3 算法流程
• 3.3.4 算法的优势与不足
• 3.4 精确解耦法
• 3.5 本章小节
• 第4章 水火电力系统最优潮流的分布式算法
• 4.1 概述
• 4.2 电力系统最优潮流
• 4.2.1 电力系统最优潮流及其发展
• 4.2.2 经典最优潮流的数学模型
• 4.3 水火电力系统最优潮流
• 4.3.1 水电厂的特点与分类
• 4.3.2 固定水头水电厂的运行特性
• 4.3.3 梯级水电厂的运行特性
• 4.3.4 水火电力系统最优潮流的数学模型
• 4.4 水火电力系统最优潮流的分布式算法
• 4.4.1 分布式算法的设计思路
• 4.4.2 分布式程序计算流程
• 4.4.3 分布式程序计算框图
• 4.5 本章小结
• 第5章 水火电力系统最优潮流问题的分布式计算及性能分析
• 5.1 引言
• 5.2 分布式仿真计算平台
• 5.3 水火电力系统最优潮流问题的分布式求解
• 5.3.1 算例选择
• 5.3.2 计算结果
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 存在的问题
• 6.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文情况