电力系统最优潮流新算法的研究

摘要

最优潮流(OptimalPowerFlow—OPF)是一种同时考虑经济性和安全性的电力网络分析优化问题。OPF在电力系统的安全运行、经济调度、可靠性分析、能量管理以及电力定价等方面得到了广泛的应用。自上世纪六十年代初开始OPF问题的研究，人们提出了各种计算方法来求解OPF问题，有些方法已应用到实际系统，并取得较为满意的效果。在各类计算方法中，二十世纪九十年代末期提出的非线性互补问题(NonlinearComplementarityProblem—NCP)方法受到电力系统分析专家的关注。NCP方法的突出特点是在非线性不等式约束优化问题中无需识别有效集，而此问题正是OPF计算中的难点。因此，NCP方法的提出，为实现OPF的在线计算提供了新的方法。 本文以NCP方法为基础，提出了一种新的求解OPF算法——投影渐近半光滑牛顿型算法。针对电力系统的特点，本文的研究工作如下： 1.建立了与OPF问题的KKT系统等价的带界约束的半光滑方程系统。与已有的NCP方法相比，新的模型由于无需考虑界约束对应的对偶变量(乘子变量)，降低了问题的维数，从而适用于解大规模的电力系统问题。 2.基于建立的新模型，本文提出了一类新的Newton型算法，该算法一方面保持界约束的相容性，另一方面有较好的全局与局部超线性收敛性，同时，算法结构简单，易于实现。 3.考虑到电力系统固有的弱耦合特性，受传统解耦最优潮流方法的启示，在所提出的新Newton型方法的基础上，本文又设计了一类分解方法。新方法基于解耦——校正的策略实现算法，不仅充分利用了系统的弱耦合特性，同时保证分解算法在理论上的收敛性。 4.根据所提出的两种算法，用标准的IEEE电力测试系统进行数值实验，并与已有的其他方法进行比较。结果显示新算法具有良好的收敛性和计算效果，在电力系统的规划与运行方面将有广阔的应用前景。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1电力系统最优潮流概述

1.1.1最优潮流问题的提出

1.1.2最优潮流的技术经济意义

1.1.3最优潮流的应用及发展前景

1.2最优潮流问题的国内外研究现状

1.2.1线性规划法

1.2.2.次规划法

1.2.3非线性规划法

1.2.4人工智能方法

1.2.5混合规划法

1.3实际应用对最优潮流算法的要求

1.4本文的主要工作

第二章预备知识

2.1非线性规划问题的KKT条件

2.2半光滑牛顿法

2.2.1广义导数

2.2.2半光滑方程

2.2.3半光滑牛顿法

2.3非线性互补问题

2.3.1非线性互补问题的定义

2.3.2 FB函数及其性质

第三章最优潮流模型及等价的方程系统

3.1最优潮流的数学模型

3.1.1最优潮流的变量

3.1.2最优潮流的目标函数

3.1.3等式约束条件

3.1.4不等式约束条件

3.2基于NCP函数的半光滑牛顿最优潮流算法

3.2.1 OPF问题KKT系统的等价模型

3.2.2半光滑牛顿法

3.3 OPF的KKT系统等价的新模型

3.3.1 OPF模型

3.3.2 KKT系统等价的新模型

第四章投影渐近半光滑牛顿最优潮流算法

4.1新模型的半光滑牛顿计算式

4.2界约束的处理

4.3搜索方向的确定

4.4投影渐近半光滑牛顿算法

4.5算法特点分析

第五章投影渐近半光滑牛顿分解算法

5.1电力系统的弱耦合性质

5.1.1弱耦合的定义与性质

5.1.2电力系统弱耦特性

5.2传统解耦方法

5.3投影渐近半光滑牛顿分解算法

5.4算法特点分析

第六章算例分析

6.1算例的原始信息

6.2目标函数及参数选择

6.3投影渐近半光滑牛顿法算例

6.3.1算法的收敛性分析

6.3.2算法的灵敏度分析

6.3.3与其他算法的比较

6.4投影渐近半光滑牛顿分解算法算例

6.4.1算例结果分析

6.4.2与其他算法的比较

6.5算例小结

结论与展望

致谢

参考文献

附录A攻读学位期间发表论文及参加科研情况

附录B公式推导