邻域拓扑粒子群优化算法与其在电力系统无功优化中的应用分析

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1、浙江人学电气工程学院硕士学位论文关注。电力系统无功优化是在电力系统有功负荷、有功电源及有功潮流分布已经给定的情况下，以发电机机端电压幅值、无功补偿电源容量和可调变压器分接头位置作为控制变量，而以发电机无功出力、负荷节点电压幅值和支路输送功率作为状态变量，应用优化技术或人工智能技术在满足电力系统无功负荷的需求下谋求合理的无功补偿点和最佳补偿容量，使电力系统安全、经济地向用户供电。1．2电力系统无功优化调度的基本概念电力系统无功优化包括无功规划优化和无功优化调度两方面的内容；无功规划优化问题是谋求合理的无功补偿点和最佳补偿容量

2、以达到节省投资费用的目的。电力系统无功优化调度(OptirIlalReactivePowerDispatch，ORPD)问题系指在电力系统无功电源较为充裕的情况下，通过调节发电机机端电压、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，使得系统电压值达到合格值、同时全网有功损耗最小，ORPD问题有时也称为电力系统无功优化控制、电压无功优化控制、无功优化潮流问题。如不考虑控制设备是否允许连续调整，单纯追求电压水平和网损的无功优化，称之为静态无功优化调度。如果在无功优化过程中为适应负荷的动态变化计及控制变量的日

3、允许操作次数限制，本文称这种无功优化为动态无功优化调度，由于它要考虑电力系统各种负荷水平和运行状态下调度结果的相关性，因此比静态优化问题更加复杂。1．3电力系统无功优化调度的发展历史和研究现状早在六十年代，H·M·SInim等人就已提出利用系统中的无功储备调整系统中的几个关键电压，从而达到减少有功网损的目的“1。在文中，作者介绍了用计算机求解各节点最优电压的方法。文献[2]报道了日本KEP公司用计算机控制电压和无功的几种方法，这意味着用计算机综合控制电压和无功已进入使用阶段。随着电力系统变得越来越复杂，系统安装的电压和无功

4、调整装置不断增加，电压和无功优化调度问题相应地越来越复杂并难以控制。在1961年，法国学者Carpemier提出了建立在严格数学模型基础之上的电2浙江大学电气工程学院硕士学位论文力系统最优潮流(OPF)模型。最优潮流OPF(0pt曲alPowerFlow)是指从电力系统优化运行的角度来调整系统中各种控制设备的参数，在满足节点正常功率平衡及各种安全指标的约束下实现目标函数最小化的优化过程。通常优化潮流分为有功优化和无功优化两种，其中有功优化的目标函数是发电费用或发电耗量，无功优化的目标函数是全网的网损。由于最优潮流是同时考虑

5、网络的安全性和经济性的分析方法，因此在电力系统的安全运行、经济调度、电网规划、复杂电力系统的可靠性分析、传输阻塞的经济控制等方面得到广泛的应用。电压无功优化调度就是一个最优潮流问题。在文献[3]中，作者提出了电压无功优化问题的最优潮流模型，并介绍了基于对偶变量的调整过程。因此，对电压无功优化调度问题的研究一方面包含在对最优潮流问题的研究中，而另一方面，从调度的实时控制考虑，它又作为一个单独的问题来进行研究。电力系统无功优化一直是电力系统运行和规划领域的重要研究课题之一。在过去的几十年中，各种优化技术都被提出用于求解电压无功

6、优化问题，主要有经典的无功优化方法以及人工智能搜索方法等。1．3．1经典的无功优化方法1)线性规划法在所有的规划方法中，线性规划法是发展最为成熟的一种方法。线性规划法是在一组线性约束条件下，寻找线性目标函数的最大值或最小值的优化方法。对于OPF问题，线性规划法一般将非线性方程和约束使用泰勒级数近似线性化处理或将目标函数分段线性化。线性化后的求解可以用改进的单纯形法或对偶线性规划法。无功优化虽然是一个非线性问题，但可以采用局部线性化的方法将线性规划法用于求解无功优化问题。其中提出的较为经典的方法是利用牛顿一拉夫逊潮流计算中的

7、雅克比矩阵来得到系统状态变量对控制变量的灵敏度关系的“灵敏度分析法”。将线性规划用于无功调度的研究可见文献[4]，但是在某些算例求解过程中出现了锯齿现象。文献【5]提出使用控制变量约束来解决这个问题，当优化接近最优点时再将约束放松。文献【6]提出了一种罚函数线性规划技术和线性化的无功优化模型求解无功优化问题，并在253母线墨西哥测试系统上进行了验证。浙江大学电气工程学院硕士学位论文由于无功优化问题目标函数具有强非线性，加之在最优潮流问题中要考虑等式约束方程，即每个节点的有功和无功功率注入平衡方程是典型的非线性方程，线性优化

8、对有功无功耦合的目标函数优化尤其是对以网损最小化为目标的优化效果不好。线性化后的优化效果较差。此外，线性规划算法迭代次数随网络规模增加而迅速上升，收敛变慢。这些都限制了线性规划算法在无功优化中的应用。2)非线性规划法非线性规划法处理在等式约束或不等式约束条件下优化目标函数，其中等式约束、不等式约束和目标