基于内点法与蚁群算法的无功优化-研究

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2、者联系地址(邮编)：作者联系电话：指导教师签名：臼期：丝年立月孕R第l章绪论第1章绪论1．1无功优化研究背景及意义电力系统无功优化是保证系统安全经济运行的有效手段，是提高电力系统电压质量的重要措施之一。所谓无功优化，就是指在系统的结构参数及负荷情况给定、无功电源较为充裕的情况下，通过调节发电机机端电压或出力、调整变压器抽头变比、改变无功补偿装置的出力等措施来调整无功潮流，在满足所有指定约束条件的前提下，使系统的某一个或多个性能指标达到最优时的无功调节手段。无功分布的合理与否直接影响着电力系统的安全和稳定，并与经济效益直接挂钩。无功不

3、足将导致系统电压降低，用电设备的不到充分的利用，严重时还会引起电压崩溃等事故。例如1987年的东京大停电和2003年8月14日美国东北部和加拿大发生的大面积停电事故。这些典型的电压崩溃事故一般都发生在重载负荷、故障或者无功短缺的电力系统中。高峰负荷时无功不足会造成电压崩溃，进而导致系统瓦解，反之无功过剩也会恶化系统电压，危害系统和设备安全，过多的无功备用也会浪费不必要的投资。如果仅以发电机无功出力来平衡无功，将会有大量无功功率在系统中流动，使线路电压降增大、线路损耗增加和供电的经济性下降。总之，合理的无功电源配置能有效地降低网损，保

4、证电压质量、预防事故发生或者事故扩大，从而提高电力系统运行的经济性、安全性和稳定性。近年来，随着城乡居民生活水平和生活质量的日益提高，各类照明灯具、洗衣机、电冰箱、空调、电热水器、电暖气、音响等耗电功率大、消耗无功功率多的家电进入千家万户。这些阻感负载必须要吸收无功功率／j‘能正常工作，在用电量飞速上涨的同时，无功电量也大幅度上升。一般公用输电网中R／X很小，因此有功功率的波动对电网电压的影响较小，电压波动主要是由于无功功率的波动所引起的。在负荷高峰时段，无功负荷大且功率因数低，造成高压电东北电力入学硕．1j学位论义网电压偏低，中、

5、低压电网电压更低，部分地区电压甚至达不到要求；在负荷低谷时段则造成无功负荷小且功率因数高，高压电网电压偏高，中、低电压配电网电压过高。电压过高、过低或者偏离一定范围都会影响用电设备的寿命和效率，严重时会造成重大的经济损失。无功功率的流动不仅要损耗有功功率，占用输电线路和设备容量，而且在线路上产生电压降，影响电压质量和电力系统的稳定性，给电网运行带来诸多矛盾。如何在现有的基础上保证系统的安全运行、降低网损、节约电能、提高供电质量一直是电力系统所追求的目标。由于无功优化的目标函数与约束条件的非线性、控制变量的离散性与连续性相混合等特点，

6、无论在实践上还是理论上，仍有许多问题亟待解决，到目前为止，尚无一种切实可行、快速完善的无功优化方法。因此，要达到无功优化的实用化，尚有一段距离，本课题就是从实用化角度出发，研究适合大规模电网的无功优化方法。1．2无功优化研究现状及方法无功优化问题由于数学模型复杂、约束条件多、工作量大而难于实用化。多年来，众多的研究者在这一领域中进行了大量的研究。通常把无功优化表示成含约束条件的非线性数学模型。从经济角度出发的经典模型是将系统的有功损耗最小化作为目标函数，从系统安全性角度出发的模型是将系统运行状态(如节点电压幅值)偏离期望值之平方和最

7、小或者电压稳定裕度最大作为目标函数，或者同时考虑这两者构成多目标模型。在电力市场环境下，如考虑无功功率的发电和运行成本，则可以采用有功和无功的发电总成本最小化作为目标函数。此外还有将无功补偿设备投资最小作为目标函数，或者综合考虑以上几种目标的多目标模型等。上述目标的对应约束条件包括潮流方程等式约束，以及无功补偿量、发电机无功出力、变压器抽头和电压幅值约束等不等式约束。除了提出由于目标函数和约束条件不同而不同的无功优化数学模型外，研究者更多是从改善算法的收敛性能和提高计算速度等目的出发，引入各种优化算法，取得了不少成果，总结起来主要有

8、两大类，基于数值计算的常规优化方法和基于启发式搜索技术的非数值优化方法。前者主要利用运筹学中的优化理第1章绪论论和数值计算方法来进行寻优求解，如牛顿法、线性规划法、简化梯度法、内点法等，后者主要依靠随机式的搜索技术对各种调度和规划方案