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电力系统暂态稳定控制优化算法研究

作 者: 姚国强
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 紧急控制 最优潮流 内点法 约束转化 模式搜索
分类号: TM712
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 32次
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内容摘要


暂态稳定紧急控制和预防控制是电力系统稳定控制的两个主要手段,是电力系统安全运行的重要防线。预防控制通过制定稳态运行点,保证系统在该运行点下发生常见预想故障时能保持暂态稳定,而紧急控制通过在系统发生严重故障时制定相应的控制策略,使系统保持暂态稳定。两者从两个不同的侧面提高电力系统的暂态稳定,具有很强的互补性。同时,两者的实时性要求较高,在面对规模巨大、模型复杂的电力系统时,必须引入高效的算法。本文从紧急控制和预防控制两个方面,对电力系统的稳定控制优化算法进行了更深入的研究,其主要研究工作如下:(1)针对最优切机切负荷问题,本文在已有文献的基础上提出了一种基于约束转化的内点算法。文中的暂态稳定判据采用每个时刻各发电机功角与中心惯量差值不超过最大允许偏差,即暂态稳定采用过程约束,充分保证系统的暂态稳定性,并推导了采.用过程约束时暂态稳定约束梯度的计算公式;然后采用预测校正原对偶内点算法求解转化后的最优切机切负荷问题。(2)针对一般数值优化算法存在收敛性问题,且难以应对电力系统复杂模型的计算,本文提出了一种最优切负荷问题的并行模式搜索算法。该方法是一种无梯度优化方法,可以避免在复杂模型下暂态稳定约束的梯度计算困难的问题,算法实现简便,基本没有收敛性问题。对于要反复进行的暂态稳定计算,调用PSS/E进行动态仿真,实现了优化算法与现有成熟商业软件的结合,提高了仿真模型及方法的灵活性,增加了结果的可信度。同时,设计了一个合理的并行搜索框架,提高了搜索的效率。(3)提出了一种基于约束转化的TSCOPF内点算法。采用约束转化技术,将TSCOPF问题中的DAE转化成一个暂态稳定约束,并推导了暂态稳定约束的梯度计算公式。在转化过程中,潮流方程仍保留在优化问题中,避免了迭代过程中出现潮流不可解的问题。暂态稳定约束的Hessian矩阵采用BFGS近似,并在近似过程中考虑其稀疏特性,加快计算速度,而稳态约束采用精确Hessian矩阵,提高算法收敛性。对于多预想故障TSCOPF问题,采用一个总的暂态稳定约束及并行框架进行计算,进一步提高计算速度。本文所提出的稳定控制优化算法均在不同规模的系统上进行了测试,结果显示了算法的有效性和快速性。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-10
第1章 绪论  10-17
  1.1 论文的研究背景及意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-15
    1.2.1 电力系统暂态稳定控制概述  11-13
    1.2.2 电力系统稳定控制中的优化算法  13-15
  1.3 论文的研究内容  15-17
第2章 基于约束转化的最优切机切负荷内点算法  17-43
  2.1 含暂态稳定约束的最优切机切负荷问题  17-23
    2.1.1 最优紧急控制问题的数学描述  17-18
    2.1.2 经典模型下问题的具体形式  18-22
    2.1.3 暂态稳定约束的转化方法  22-23
  2.2 暂态稳定约束梯度的计算方法  23-28
    2.2.1 梯度计算公式及其推导  23-25
    2.2.2 梯度计算公式的具体形式  25-28
  2.3 基于约束转化的最优切机切负荷内点算法  28-36
    2.3.1 内点法求解过程  28-32
    2.3.2 最优切机切负荷算法整体流程  32-34
    2.3.3 几点说明  34-36
  2.4 算例测试和结果分析  36-42
    2.4.1 测试算例参数  36-37
    2.4.2 测试结果及分析  37-42
  2.5 本章总结  42-43
第3章 最优切负荷问题的并行模式搜索算法  43-59
  3.1 模式搜索算法及其并行策略  43-47
    3.1.1 算法研究的必要性  43-44
    3.1.2 模式搜索算法  44-46
    3.1.3 并行模式搜索算法及其改进  46-47
  3.2 最优切负荷问题的并行模式搜索算法  47-52
    3.2.1 复杂模型下的最优切负荷问题  47-49
    3.2.2 约束的处理方法  49
    3.2.3 算法流程  49-52
  3.3 算例测试和结果分析  52-57
    3.3.1 测试算例参数  52-53
    3.3.2 测试结果及分析  53-57
  3.4 本章总结  57-59
第4章 基于约束转化的TSCOPF内点算法  59-80
  4.1 含暂态稳定约束的最优潮流问题  59-64
    4.1.1 问题的数学模型  59-60
    4.1.2 TSCOPF的具体形式  60-63
    4.1.3 约束转化及模型化简  63-64
  4.2 暂态稳定约束梯度的计算方法  64-71
    4.2.1 梯度计算公式及其推导  64-68
    4.2.2 Hessian矩阵的处理方法  68-71
  4.3 多预想故障TSCOPF内点算法  71-72
    4.3.1 多预想故障的并行计算方法  71
    4.3.2 算法整体流程  71-72
  4.4 算例测试和结果分析  72-79
    4.4.1 测试算例参数  72-74
    4.4.2 测试结果及分析  74-79
  4.5 本章总结  79-80
第5章 结论与展望  80-83
  5.1 文中方法的优缺点  80-82
  5.2 前景展望  82-83
参考文献  83-87
攻读硕士学位期间发表的学术论文目录  87

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 理论与分析 > 电力系统稳定
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