基于改进差分进化算法的含风电场的电力系统无功优化

摘要

随着能源需求增长与石化燃料资源日趋枯竭矛盾的日益突出,洁净的可再生能源越来越受到人们的欢迎和重视,风力发电是新能源中最具有经济发展前景的一种发电形式。但风能具有间歇性和随机性的特点,大规模风电场并网会对电力系统的安全稳定运行带来一定的影响。同时由于风能的不确定性和多变性,风电机组接入现有配电网后将改变系统的潮流,对电力系统的网络损耗、电压稳定等方面都会带来一定程度的影响。因此,计算含风电机组的电力系统潮流,确定系统的无功补偿和电压调整方案,对风电机组的可靠并网和稳定运行是必要的。
　　 含风电场的电力系统无功优化是一种具有多状态、多约束条件的非线性规划问题。与模拟退火算法、遗传算法、粒子群算法等智能算法相比,差分进化算法具有原理简单,受控参数少,易于理解与实现,效率高,稳定性强,在连续空间中实施随机、并行、直接的全局搜索能力强,获得近似解速度快等优点,在非线性函数优化中得到广泛应用。但和其它进化算法一样,基本差分进化算法易出现收敛速度慢、陷入局部最优解等方面的问题。针对这些问题,本文采用基本差分进化算法,并融入递增二次函数交叉算子以增加算法的收敛速度。当算法陷入早熟后,对最优个体和随机选取的个体采用随机扰动的变异策略,帮助其跳出局部极值。增强了算法的鲁棒性,提高了算法的全局搜索能力。
　　 本文介绍了风力发展现状和国内外无功优化算法的研究现状,对各种优化算法的优缺点进行了对比,提出采用改进差分进化算法进行含风电场的电力系统无功优化；然后介绍了风力发电基本原理和各个组成部分的功能,根据风力发电的特点,分析了风力发电机组对配电网运行产生的影响；根据基本差分进化算法的变异、交叉、选择等基本操作及适应度函数表现形式和控制参数的特点,提出差分进化算法控制参数的改进形式和算法的控制策略；最后将改进差分进化算法应用于含风电场的电力系统无功优化。并通过IEEE30节点系统进化优化仿真计算,验证了改进差分进化算法的正确性与有效性。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 传统无功优化算法

1.2.2 现代人工智能算法

1.3 本课题研究的主要内容

2 风力发电技术

2.1 风力发电组成与基本原理

2.2 风力发电特点

2.3 风力发电并网后对电网的影响

2.3.1 对电网电压的影响

2.3.2 对电网稳定性影响

2.3.3 对继电保护的影响

2.3.4 对电网频率的影响

2.3.5 对电能质量的影响

2.3.6 对电力系统运行成本的影响

2.4 本章小结

3 差分进化算法研究

3.1 基本DE算法研究

3.1.1 种群初始化

3.1.2 变异操作

3.1.3 交叉操作

3.1.4 选择操作

3.1.5 适应度函数

3.1.6 控制参数

3.2 改进DE算法研究

3.2.1 自适应比例因子

3.2.2 递增二次函数交叉概率因子

3.2.3 随机变异策略

3.3 本章小结

4 含风电场的无功优化应用研究

4.1 无功优化控制数学模型

4.1.1 目标函数

4.1.2 约束条件

4.2 含风电机组的潮流计算

4.3 含风电场无功优化计算步骤

4.4 程序设计

4.4.1 程序主框架

4.4.2 读取数据程序

4.4.3 潮流计算程序

4.4.4 变异操作程序

4.4.5 交叉操作程序

4.4.6 选择操作程序

4.5 算例分析

4.5.1 仿真条件

4.5.2 无功优化结果

4.6 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附录 A

在读期间发表的学术论文

作者简历

致谢

附件