梯形舰船电力系统网络重构模型及算法研究

摘要

舰船电力系统网络重构是舰船能源管理中非常关键的部分，也是系统故障恢复及提高舰船生命力的重要途径。在舰船电力系统中，网络重构的作用是在故障发生并被自动隔离之后，找到需要恢复供电的负荷或区域，重新调整网络中各支路开关的开闭状态，在所有可能的重构策略中，快速的找出一套既能使目标函数最大化，又能满足网络各运行约束的重构方案。在网络重构策略生成过程中有两个关键子问题：重构策略的评估及重构优化算法。潮流计算是重构方案评估的主要内容及重要基础。随着舰船电力系统网络拓扑结构的日益复杂化及网络容量的日益增加，越来越多的国家采用多电站梯形船舶电网的结构，但其调度算法却非常复杂。故进行针对梯形舰船电力系统中适用的潮流计算及网络重构模型及其优化算法的研究是该领域的一项研究热点及难点。
　　本文首先对舰船电力系统的网络重构问题进行了描述，分析了重构问题为多目标、多约束、非线性的整数规划问题的本质。随后介绍了梯形舰船电力系统的结构特点与优势及舰船电力系统中的各设备元件的简化数学模型。之后，建立了完整的梯形舰船系统网络重构的数学模型。其次，介绍了几种经典的潮流计算方法及其具体的算法逻辑。随后针对梯形船舶电网，提出了一种改进的并行潮流计算算法，将梯形舰船电力系统进行分层等效成供电主网与配电子网，并给不同的子网络分配不同的计算单元，针对供电网和配电网的网络结构特点分别采用节点电势法和前推回推法迭代计算。仿真实验验证了其有效性。随后，介绍了两种基本的重构优化算法，并尝试使用动态规划算法中的有背包约束的0-1背包问题对其求解。此外，改进了粒子群算法在梯形船舶电网重构问题中的应用，针对系统中存在部分双路供电负荷的情况引入了多级编码方式，降低了粒子的维数，并将多级编码方式推广至多条供电路径同时存在的情况，并针对多级编码对粒子群算法的离散化过程进行了改进。通过典型的多电站梯形舰船电力系统仿真实例对的改进算法进行了仿真验证，仿真结果验证了该算法拥有较强的寻优能力和较快的收敛速度。最后，给出了基于所提出的综合分布式并行潮流计算算法和离散粒子群网络重构算法的仿真平台设计框架和主要实现技术。本文结合其图形交互界面给出了详细的系统输入模块的数据定义，介绍了网络拓扑结构分析模块、潮流计算模块及网络重构模块具体的实现逻辑细节，并结合几个具体的算例分别验证了各功能模块的有效性。

目录

封面

声明

答辩决议书

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1研究背景及研究意义

1.2舰船电力系统概述

1.3潮流计算及网络重构的研究现状

1.4论文的主要内容与章节安排

第二章 舰船电网网络重构模型分析

2.1舰船电网网络重构问题描述

2.2梯形舰船电网结构分析

2.3舰船电网各元件数学模型

2.4梯形舰船电网重构问题的数学模型

2.5本章小结

第三章 舰船电网潮流计算方法分析

3.1舰船电网潮流计算常用算法

3.2分布式并行潮流计算方法分层潮流计算模型

3.3梯形舰船电力系统并行潮流计算实现

3.4仿真结果分析

3.5本章小结

第四章 舰船电网网络重构优化算法分析

4.1舰船电网常用重构优化算法

4.2动态规划在梯形船舶电网重构中的应用

4.3基于梯形舰船电力系统的改进粒子群重构优化算法

4.4本章小结

第五章 舰船电网网络重构仿真平台设计

5.1系统总体结构和模块框架

5.2采集输入模块

5.3网络拓扑分析模块

5.4潮流计算及网络重构分析模块

5.5仿真算例分析

5.6本章小结

第六章 结束语

6.1主要工作与创新点

6.2后续研究工作

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文