计及电压稳定的无功优化模型和算法研究

论文摘要

电网跨地区互联和电力市场的快速发展在带来显著经济效益的同时,也对电力系统经济、安全、稳定运行提出了更高的要求。传统的无功优化通常考虑的仅仅是提高电网的电压质量和降低网损,当系统的传输容量有足够的裕度时,这种只考虑经济效益和基本运行约束的做法是适当的。然而,随着电力系统的不断发展,负荷迅速增加,远方电源供电比重增大,以致在负荷高峰时传输容量有可能接近极限,增加了出现电压崩溃并发展为全网性事故的可能性。因此,协调电力系统的经济性、安全性于一体显得尤为重要。本文以特征值分析为理论基础,将静态电压稳定的裕度指标加入到无功优化中,提出了考虑电压稳定裕度的无功优化模型。该模型用雅可比矩阵的最小特征值作为系统静态电压稳定裕度的指标,建立以最小特征值最大化、系统有功网损最小化的多目标函数,然后把多目标函数转化为单目标函数,使系统在满足网损最小的同时达到电压稳定裕度最大的目标。本文针对电力系统考虑电压稳定的无功优化问题,首次引入了量子粒子群优化(QPSO)算法,并在此基础上提出了一种混沌量子粒子群优化(CQPSO)算法,利用混沌良好的遍历性、随机性以及内在规律性对量子粒子群算法进行改进,当粒子陷入局部最优的时候,利用缩小空间的混沌优化来引导群体跳出局部最优,以克服量子粒子群算法容易早熟而陷入局部最优的缺点;通过IEEE14和IEEE57节点系统的仿真计算,验证了本文所提出的数学模型和算法的可行性和有效性。最后对无功优化后的系统正常运行状态进行特征结构分析,指出电压易失稳区、影响电压稳定的关键发电机和关键输电支路,对电压稳定的预防控制给出了较为详细的参考数据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究的背景及意义
• 1.2 无功优化的研究现状
• 1.2.1 无功优化的数学模型
• 1.2.2 无功优化的相关算法
• 1.3 电压稳定的研究方法
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 计及电压稳定的无功优化模型
• 2.1 电压稳定与无功优化的结合方式
• 2.2 电压稳定的特征结构分析法
• 2.2.1 基本方程式
• 2.2.2 系统潮流雅可比矩阵的特征结构分析
• 2.3 电力系统无功优化
• 2.3.1 输电网中常用无功控制设备
• 2.3.2 计及电压稳定无功优化的数学模型
• 2.3.3 控制变量的修改对导纳矩阵的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于混沌量子粒子群的多目标无功优化
• 3.1 基本粒子群算法
• 3.1.1 PSO算法的数学描述和参数分析
• 3.1.2 PSO算法在电力系统中的应用
• 3.2 量子粒子群算法
• 3.2.1 量子粒子群算法的模型
• 3.2.2 量子粒子群算法的分析
• 3.3 混沌优化算法
• 3.3.1 混沌运动的基本性质
• 3.3.2 混沌优化算法的模型
• 3.4 混沌量子粒子群优化算法
• 3.4.1 早熟判断机制
• 3.4.2 QPSO的混沌改进
• 3.5 基于混沌量子粒子群的多目标无功优化
• 3.5.1 粒子位置的表示和离散变量的处理
• 3.5.2 程序设计思想和流程
• 3.6 本章小结
• 第4章 算例及计算结果分析
• 4.1 基于IEEE14 节点系统的仿真分析
• 4.2 基于IEEE57 节点系统的仿真分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 电压稳定特征结构分析的应用
• 5.1 特征结构分析
• 5.2 特征结构分析的应用
• 5.3 算例分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1 IEEE14、IEEE57 节点系统数据
• 攻读学位期间发表或完成的论文
• 致谢