基于多目标改进教与学算法的多FACTS装置协调控制研究

摘要

随着电网结构的日益复杂和大功率电力电子技术的不断发展，柔性交流输电系统(FACTS)已成为最受关注的电力系统先进控制发展方向之一。在不影响系统稳定性的前提下，FACTS装置能够大幅度地提高功率传输能力，改善电压质量，达到环境压力最小、建设周期最短和经济效益最优的目标。但是FACTS装置的规模化应用同时也对电网运行提出了新的要求，即如何有效避免FACTS控制器间的不利交互影响。因此，深入开展多FACTS装置协调控制技术的研究工作具有重要的理论意义和工程应用价值。
　　 目前，多FACTS装置交互影响及其协调运行领域仍处于初始阶段，尚无完善的控制手段。本文从装有SVC和TCSC的多机系统模型出发，分析并验证了FACTS控制器间交互作用对电力系统产生的不良影响，将SVC和TCSC的协调控制问题转化为多目标优化问题，采用多目标改进教与学算法(MOMTLA)进行FACTS控制器参数的优化协调设计以达到良好的闭环运行效果。围绕这一课题，论文在总结前人工作的基础上，展开了以下几个部分的研究工作:
　　 第一部分针对教与学算法处理多目标优化问题时的不足之处，提出了多目标改进教与学算法(MOMTLA)。MOMTLA的互学搜索改进为小组互学搜索，结合单机锁止搜索提高寻优能力，并应用多项元启发式技术进行优化求解，测试函数的仿真结果验证了所提算法的有效性。
　　 第二部分提出了基于多目标改进与学算法的多FACTS装置协调方法。该方法以克服FACTS控制器间的不利交互影响为前提，建立了SVC与TCSC的多目标优化模型，采用MOMTLA进行控制器参数Pareto解集的寻优搜索。在四机两区域中的仿真结果表明，经协调设计后的FACTS控制器联合运行效果良好，显著提高了系统的稳定性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景和研究意义

1．1．1 FACTS技术的时代背景

1．1．2 FACTS装置的种类和用途

1．1．3 FACTS技术的发展现状

1．1．4 FACTS的交互影响及其协调控制意义

1．2 FACTS协调控制的研究现状

1．2．1 线性协调控制方法

1．2．2 非线性协调控制方法

1．2．3 基于智能算法的协调控制方法

1．2．4 基于多代理系统的协调控制方法

1．2．5 多层次协调控制方法

1．3 本文主要工作和章节安排

第2章 FACTS装置的原理模型以及协调控制方法

2．1 概述

2．2 FACTS装置工作原理和数学模型

2．2．1 SVC工作原理和数学模型

2．2．1 TCSC工作原理和数学模型

2．3 计及FACTS的多机电力系统模型

2．3．1 发电机的数学模型

2．3．2 装有FACTS元件的电力系统网络方程

2．4 计及FACTS的电力系统多目标优化

2．4．1 多目标优化理论

2．4．2 FACTS装置的多目标协调控制

2．5 本章小结

第3章 多目标改进教与学算法

3．1 概述

3．2 教与学算法的简要介绍

3．2．1 导师教学阶段

3．2．2 学生互学阶段

3．3 多目标改进教与学算法

3．3．1 多目标改进教与学算法的搜索机理

3．3．2 基于模糊隶属度的自适应‘圆空间’方法

3．3．3 基于小生境技术的轮盘赌方法

3．4 仿真分析

3．4．1 仿真设置

3．4．1 仿真结果及其分析

3．5 本章小结

第4章 多目标改进教与学算法在多FACTS装置协调控制中的应用

4．1 概述

4．2 SVC与TCSC的交互影响问题

4．2．1 SVC与TCSC控制器模型

4．2．2 交互影响的时域仿真实例

4．3 SVC与TCSC的协调控制方法

4．3．1 多目标优化模型

4．3．2 优化步骤

4．4 仿真分析

4．4．1 单目标优化搜索

4．4．2 多目标协调控制

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间取得的研究成果

附录B 4机2区域电力系统参数