基于分布式计算环境的电力系统无功优化研究

摘要

无功优化问题是电力系统电压稳定和经济运行的核心问题，也是提高电力系统电压质量的重要措施。针对实际电力系统的数学模型包含离散变量和连续变量的特点，提出一种精确求解电力系统无功优化问题的方法——原始对偶内点法结合分支定界法(即原始对偶内点．分支定界法)。通过把离散变量连续化，采用原始对偶内点法在可行域内进行全局寻优，并结合基于广度优先遍历的分支定界法对离散变量进行归整处理，从而找到比传统无功优化更加合理的全局最优解。 随着系统规模的增大，分支定界法的计算时间急剧增加。为了解决求解大规模电力系统无功优化问题的单机运算耗时巨大的矛盾，本文利用分布式计算的方法以实现快速和高效地求取全局最优解。采用性能/价格比高的PC机群(PC-cluster)、数值计算能力强大的Matlab分布式计算引擎(MDCE)和分布式计算工具箱(DCT)搭建分布式计算平台，从而实现了无功优化问题的分布式计算。 通过三个测试系统对无功优化问题的分布式计算设计思想进行验证，并与串行计算方法、传统优化方法进行对比，说明本文所采用的分布式算法是正确的。仿真结果还表明，基于MDCE和DCT的MATLAB分布式计算平台具有良好的计算性能，是一种非常有发展前景的分布式求解大规模电力系统计算问题的平台。 此外，本文还采用原始对偶内点-分支定界法求解机组组合问题，找到了机组组合问题的全局最优解。通过求解一个10机24时段的算例，与半定规划法、拉格朗日松弛法、遗传算法等优化方法进行比较，证实了该法在处理混合整数非线性规划问题方面具有非常好的寻优效果。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号对照表

声明

第一章绪论

1.1课题的意义

1.2分布式计算技术在电力系统中的研究现状

1.3分布式计算环境下无功优化问题概述

1.4本文算法思想的提出

1.5本文的主要工作

第二章Matlab分布式计算环境简介

2.1概述

2.2分布式计算系统

2.3分布式计算特点

2.4 PC机群系统

2.4.1 PC机群系统的特点

2.4.2 PC机群实现分布式计算主要问题

2.5 Matlab分布式计算环境

2.5.1 Matlab分布式计算环境简介

2.5.2 Matlab分布计算环境的工作过程

2.6分布式计算平台搭建

2.7分布式计算性能指标

2.7.1加速比

2.7.2效率

2.7.3可扩展性

2.8分布式算法设计应注意的问题

2.9本章小结

第三章现代内点理论和分支定界法

3.1概述

3.2现代内点算法的分类

3.3基于扰动KKT条件的现代内点算法

3.3.1理论基石

3.3.2算法推导

3.3.3程序流程

3.4算法特点与发展

3.5分支定界法

3.5.1分支定界法简介

3.5.2分支定界法基础

3.5.3分支定界法简单流程

3.5.4分支定界法特点

3.6原始对偶内点-分支定界法求解无功优化问题

3.6.1原始对偶内点-分支定界法的算法思想

3.6.2算法实现

3.7本章小结

第四章无功优化问题的分布式算法

4.1概述

4.2无功优化问题的数学模型

4.3无功优化问题的分布式算法

4.3.1分布式计算平台的选择

4.3.2无功优化问题分布式算法的设计思路

4.3.3无功优化问题分布式算法的设计技巧

4.4本章小结

第五章分布式计算实现

5.1概述

5.2 Matlab分布式计算平台搭建

5.3分布式求解无功优化问题

5.3.1算例选择

5.3.2算例分析

5.4 IEEE标准系统无功优化的精确解

5.4.1 IEEE-30系统的无功优化最优解

5.4.2 IEEE-57系统的无功优化最优解

5.4.3 IEEE-118系统的无功优化最优解

5.5本章小结

第六章原始对偶内点-分支定界法求解机组组合问题

6.1概述

6 2机组组合问题的数学模型

6.3算法基础

6.4原始对偶内点-分支定界法求解机组组合

6.4.1原始对偶内点-分支定界法求解机组组合的算法思想

6.4.2算法实现

6.5算例分析

6.6本章小结

第七章结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文