基于现代数学算法的配电网动态无功优化研究.pdf

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1、第3O卷第4期东北电力大学学报Vo!．30，No．42010年8月JournalOfNortheastDianiiUniversityAug．，2010文章编号：1005—2992(2010)04—0026—05基于现代数学算法的配电网动态无功优化研究李国庆，杨悦(东北电力大学电气工程学院，吉林吉林132012)摘要：较为全面的研究了国内外学术界对配电网无功动态优化凋度问题的研究状况；概括了动态无功优化与静态无功优化的具体区别；通过对动态无功优化模型求解算法的分析，总结了该项目研究的四种典型算法，即动态规划法、非线性混合整数优化法、其他数学计算方法和人工智能算法；通过综合比对，发

2、现第三种计算方法数学模型清晰简单，有利于对配电网动态无功优化算法的进一步研究。关键词：电压质量；静态无功优化；动态无功优化；耦合性中图分类号：TM744文献标识码：A随着科学技术的发展，出现了日益扩大的电网规模，不断增长的电力需求以及不断提高的电力市场化程度。如何在满足用户需要的前提下，充分发挥系统的无功调节手段，保证系统的电能质量和安全经济运行，多年来一直是国内外电力工作者们致力研究的问题引。1静态无功优化与动态无功优化的概念对比1．1静态无功优化概念1962年，法国学者J．Carpentier提出了经典无功OPF也称为无功优化j。所谓无功优化是指当系统的结构参数及负荷情况给定

3、时，通过控制变量的优选，在满足所有指定的约束条件下，找到使系统的一个或多个性能指标达到最优时的无功调节手段]。传统的无功优化，又称为静态无功优化。静态无功优化不考虑控制设备是否允许连续调整，单纯追求电压水平和最小网损J。因此，静态无功优化实际上还不能完全满足实际运行需要的，其结果无法应用于实际无功调度，只能作为调整网络运行方式的参考。1．2动态无功优化概念随着无功优化研究得深入，又提出了动态无功优化的概念。动态无功优化是指在网络结构参数及未来一天各负荷母线的有功、无功变化曲线及有功电源出力给定的情况下，通过调节发电机的无功出力、电容器组的出力及有载调压变压器的分接头，在满足各种运

4、行约束的条件下使整个电网的电能损耗最小。由于其动作是不连续的，且一天动作的总次数又有限制，所以当考虑到负荷一天的变化时，这种限制必然导致各时段的无功调度和电压控制存在强耦合。因此动态无功优化问题实际上是一个十分复杂的时空分布、非线性混合整数动态优化问题l8J。对于这样一个问题，要找出全局最优解十分困难。通常做法是在计算效率和全局最优二者中取折中，即在简化模型的基础上求得一个较好的优化结果。收稿日期：2010—07—14作者简介：李国庆(1963一)，男，博士，教授，博士生导师，研究方向为电力系统安全性与稳定性分析、控制与决策、配电系统自动化第4期李国庆等：基于现代数学算法的配电网

5、动态无功优化研究2713动态无功优化的研究现状(1)相对于传统的无功优化，动态无功优化概念的提出相对较晚，相关的研究也比较少。(2)目前，关于动态无功优化的研究主要是针对单个变电站或配电网进行¨o。2动态无功优化算法静态无功优化与动态无功优化由于其概念上的差异，导致了它们的数学模型也存在着很大的差异引。动态无功优化的算法主要有以下四种。2．1动态规划法动态规划是研究多阶段决策过程最优解的一种有效方法，对目标函数和约束条件没有严格限制，所得的最优解常常是全局最优解。动态规划法不仅应用于离散性问题，且在动态过程中总体寻优。与其它方法结合，可减少计算量，提高计算速度，对解决无功优化控制

6、方面的问题具有较好的应用前景。但当状态变量太多时，需要的计算量和计算机存储量随维数的增大而大大增加，使解题困难或无法进行。其次这种方法不存在标准的数学构成，要正确地构成一个实际问题的动态数学规划模型比较困难。张鹏_】副等应用动态规划法综合求取有载调压变压器分接头、配电站电容器和馈线电容器的控制策略，实现电压控制和无功优化。理论分析以及对算例系统的计算表明，此方法可以连续地跟踪负荷动态变化，并具有初始跟踪方便、节省存储容量、计算速度快等特点，可以较全面地对电力系统进行优化。但动态规划法的优化结果具有补偿容量小、分接头调整范围小等特点，而且这种方法要正确地构成数学规划模型比较困难。2

7、．2非线性混合整数优化法考虑到电容器投切的组数和变压器档位都是一组离散变量，混合整数规划法的原理是首先确定整数变量，然后采用类似线性规划法的数学模型Ⅲ来处理离散变量，并且用整数规划法的数学方法对其进行求解。解决了离散变量精确处理的问题，所得到的数学模型比较适合实际系统，但是这种分两步优化的方法削弱了它的整体最优性，同时由于无功和电压的非线性函数关系，常常导致计算振荡发散，且计算工作量大，计算过程复杂，所用时间也较长。刘明波¨副等将一天各节点的负荷母线的有功和无功曲线分为24个时段