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基于PSO-DP算法的配电系统动态无功优化研究

作　者: 杨君军
导　师: 张文
学　校: 山东大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 配电系统动态无功优化负荷曲线分段粒子群优化算法动态规划算法
分类号: TM714.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

配电网无功优化是保证系统安全经济运行的重要手段之一,通过控制有载调压变压器和无功补偿装置,在满足调压要求的前提下,尽量减少无功功率在配电系统中的流动,降低电网有功损耗。由于电力负荷随时间的不断变化,使无功电压控制设备频繁动作,不同时间断面上的无功优化方案存在耦合关系,这些现实问题给无功优化的研究带来很多困难。目前,动态无功电压优化问题已成为国内外学者研究的热点问题。动态无功电压优化是在静态无功优化的基础上,考虑负荷随时间的变化以及控制设备动作次数限制的非线性整数规划问题。无功优化数学模型的目标函数不具有可微性和连续性,约束条件中既含有等式约束,又含有不等式约束,且变量中离散变量和连续变量共存。常规优化算法和智能类算法求解动态无功优化问题都存在一定的缺陷,所以通过多种算法之间的优势互补,形成针对无功优化问题的混合算法,将是无功优化算法研究的发展方向。负荷曲线分段情况的不同直接影响控制设备动作次数和动作时间,如果负荷曲线分段数目越多,则优化效果越好,但增加了控制设备的动作次数。因此,合理的负荷曲线分段有利于获得控制设备的最优控制策略,本文提出了根据无功负荷变化率的大小进行动态分段的方法。通过对动态无功优化及其算法的研究,选取有载调压变压器和可投切电容器为控制变量,建立了两阶段优化数学模型,第一阶段是在不考虑控制设备动作次数约束的条件下,以系统有功损耗最小和平均电压偏差最小为目标,使用粒子群优化(简称PSO)算法求解各时段的静态无功优化问题,把各时段的最优解和满足约束条件的多个次优解作为第二阶段优化的状态变量；第二阶段为了优化控制设备的动作次数,延长其使用寿命,以所有控制设备总的动作次数最小为目标,使用动态规划(简称DP)算法优化求解。使用两种算法分阶段求解动态无功优化问题,优势互补,具有很大的实用价值。综合所提出的负荷曲线动态分段方法、动态无功优化数学模型和选用的两种算法,本文提出了完整的求解动态无功优化问题的思路,通过由小到大不断修改无功负荷变化率门槛值ε,反复利用PSO算法和DP算法的求解所建立的动态无功优化数学模型,直到满足控制设备动作次数约束为止。采用Python语言编程,在PSS/E软件上对山东省青州配电网实际算例进行了仿真计算,实例仿真结果表明,PSO-DP算法求解无功优化问题的精度比较高,计算速度快,收敛性好,优化控制方案既能满足配电系统安全经济运行的要求,又优化了每个控制设备的动作次数和最佳动作时间,延长了其使用寿命。进一步验证了本文的方法适合求解配电网动态无功优化问题,具有实际应用价值。

全文目录

摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
第1章绪论  12-22
  1.1 研究背景与意义  12-13
  1.2 无功优化研究现状  13-19
    1.2.1 配电网无功优化概述  13
    1.2.2 配电网无功优化数学模型  13-14
    1.2.3 配电网无功优化算法  14-19
  1.3 存在问题及发展前景  19-20
  1.4 本文主要工作  20-22
第2章配电网动态无功优化的理论基础  22-36
  2.1 无功电压优化  22-28
    2.1.1 无功功率与电压水平的关系  22-23
    2.1.2 有功损耗与无功负荷的关系  23-24
    2.1.3 无功功率平衡和电压调整的关系  24-25
    2.1.4 配电网潮流计算方法  25-28
  2.2 无功电压控制装置的选择  28-30
  2.3 动态无功优化  30-31
  2.4 负荷曲线分段  31-35
    2.4.1 分段的意义  31
    2.4.2 分段的依据  31-32
    2.4.3 负荷曲线动态分段方法  32-35
  2.5 本章小结  35-36
第3章基于PSO-DP算法的配网动态无功优化  36-55
  3.1 基于PSO算法的配电网无功优化研究  36-40
    3.1.1 PSO算法概述  36
    3.1.2 PSO算法的数学描述  36-38
    3.1.3 PSO算法在配电网无功优化中的应用  38-40
  3.2 基于DP算法的配电网无功优化研究  40-45
    3.2.1 DP算法的数学描述  40-42
    3.2.2 DP算法求解配电网无功优化的步骤  42-44
    3.2.3 DP算法求解动态无功优化的优点和缺点  44-45
  3.3 基于PSO-DP混合算法的动态无功优化  45-50
    3.3.1 动态无功优化数学模型  46-49
    3.3.2 本文提出的求解方法  49-50
  3.4 算例结果及分析  50-53
    3.4.1 原始数据  51
    3.4.2 结果及分析  51-53
  3.5 本章小结  53-55
第4章青州配电网动态无功优化  55-64
  4.1 仿真算例  55
  4.2 PSO算法求解静态无功优化的结果及分析  55-59
  4.3 基于DP算法的动作次数优化结果及分析  59-63
  4.4 本章小结  63-64
第5章结论与展望  64-66
  5.1 本文总结  64-65
  5.2 展望  65-66
参考文献  66-72
致谢  72-73
攻读硕士学位期间取得的成果  73-74
学位论文评阅及答辩情况表  74

基于PSO-DP算法的配电系统动态无功优化研究

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