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含暂态稳定约束的电力系统最优潮流研究

作　者: 黄志光
导　师: 江全元
学　校: 浙江大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 暂态稳定最优潮流内点法故障筛选降阶方法
分类号: TM711
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

含暂态稳定约束的电力系统最优潮流是电力系统暂态稳定预防控制的重要研究课题。目前,关于该问题的研究热点集中于暂态稳定约束条件的处理和各种高效优化算法的引入。根据暂态稳定约束条件的不同处理方式,当前的研究方向主要分为两类:基于时域数值仿真思想的间接法和基于李雅普诺夫暂态能量函数的直接法,其中前者又可以进一步划分为数值离散法和约束转换法。从数学模型上看,含暂态稳定约束的最优潮流(Transient Stability constrainedOptimal Power Flow,TSOPF)问题是一个大规模的非线性规划问题,内点法及其改进算法作为一种成熟高效的优化算法在该问题求解中得到了广泛应用,本文主要考虑基于数值离散法和内点法的差分TSOPF问题。由于当前该问题的研究重点从单一预想故障发展到多个预想故障,所涉及的电力系统也从小规模测试算例逐步发展到中等和大规模的实际电力系统,因此内点法在求解差分TSOPF这种大规模优化问题时可能遭遇计算时间过长、内存消耗过大甚至不可解的“维数灾”,给该问题的实际应用带来困难。针对现有差分TSOPF内点算法的上述不足,本文从两个方面入手对基于内点法的差分TSOPF问题进行降阶以减小问题规模,提高计算效率。首先,提出了一种针对多预想故障集的迭代故障筛选策略。在TSOPF问题中,能对目标函数值产生影响的预想故障数目往往不多,将所有预想故障加入内点法TSOPF模型既无必要也不现实。因此本文提出一种基于有效集概念和时域仿真的多预想故障迭代筛选策略,根据当前优化运行点上的时域功角曲线信息识别出有效故障,并进一步筛选出支配其他有效故障的关键故障,然后考虑关键故障进行一次TSOPF计算,得到下一优化运行点。该过程迭代进行,直至没有新的有效故障出现。其次,针对内点法计算过程中修正方程组维数过大的问题提出了改进方案。常规方式下,导致内点法TSOPF问题规模过大的原因之一是电力系统暂态微分代数方程被差分为等式约束。事实上,由于任何数值离散方法均存在截断误差,将其作为等式约束是没有必要的。本文提出一种降阶内点算法,将微分代数方程转化为与所用差分方法精度相关的不等式约束,使得问题规模比常规方式降低了近一半,大大减少了计算时间和内存消耗量,提高了内点算法的计算效率。本文采用所提出的故障筛选策略和降阶内点算法对多个不同规模的算例进行了测试,结果显示该预想故障筛选策略可行且可靠,而降阶内点算法较常规方式则大幅度提高了计算效率,这为大规模TSOPF问题的求解提出了新的思路,具有较好的应用前景。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-14
  1.1 论文的研究背景  9
  1.2 国内外研究现状  9-13
  1.3 论文的研究内容  13-14
第2章暂态稳定约束最优潮流的内点算法  14-38
  2.1 含暂态稳定约束的最优潮流问题  14-19
    2.1.1 问题的数学描述  14-15
    2.1.2 暂态能量函数法  15-16
    2.1.3 约束转换技术法  16-17
    2.1.4 数值离散差分法  17-19
  2.2 基于数值离散的差分TSOPF问题模型  19-28
    2.2.1 电气元件模型及网络化简  19-23
    2.2.2 微分代数方程的数值差分  23-24
    2.2.3 暂态稳定约束条件的处理  24-25
    2.2.4 差分TSOPF问题整体模型  25-28
  2.3 差分TSOPF问题的非线性内点算法  28-38
    2.3.1 内点法的发展历史  28-29
    2.3.2 原-对偶内点算法  29-33
    2.3.3 几种改进的内点法  33-38
第3章多预想故障TSOPF的故障筛选技术  38-60
  3.1 多预想故障筛选的必要性  38-41
    3.1.1 多预想故障TSOPF问题  38-39
    3.1.2 故障筛选技术应用现状  39-41
  3.2 基于有效集的预想故障筛选  41-50
    3.2.1 约束有效集的概念  41-43
    3.2.2 预想故障筛选过程  43-46
    3.2.3 故障筛选技术详解  46-50
  3.3 算例测试和结果分析  50-58
    3.3.1 测试算例参数  50-51
    3.3.2 总体测试结果  51-54
    3.3.3 个案具体分析  54-58
  3.4 本章总结  58-60
第4章基于差分转化的TSOPF降阶内点算法  60-87
  4.1 差分TSOPF问题的数值离散方法  60-63
    4.1.1 隐式梯形积分法  60-61
    4.1.2 内点算法的特点  61-63
  4.2 基于差分方程转化的降阶方法  63-69
    4.2.1 差分方程转化  63-65
    4.2.2 问题降阶过程  65-68
    4.2.3 几点说明  68-69
  4.3 算例测试和结果分析  69-85
    4.3.1 测试算例参数  69-71
    4.3.2 测试结果及分析  71-77
    4.3.3 关键参数的选择  77-82
    4.3.4 结果的深入探讨  82-85
  4.4 本章总结  85-87
第5章结论与展望  87-91
  5.1 文中改进方法的优点  87-88
  5.2 文中方法存在的缺陷  88-89
  5.3 TSOPF问题前景展望  89-91
参考文献  91-96
攻读硕士学位期间发表的学术论文目录  96-97
致谢  97

含暂态稳定约束的电力系统最优潮流研究

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