基于差分退火理念之電力動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化研究

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1、基于差分退火理念之電力動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化研究第一章緒論1.1無功優(yōu)化研究的背景與意義隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)生產(chǎn)對(duì)電能的需求與日俱增，電力系統(tǒng)規(guī)模日益擴(kuò)大，區(qū)域之間的系統(tǒng)互聯(lián)也逐步加強(qiáng)，系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性受到了更大的挑戰(zhàn)；同時(shí)，隨著國(guó)家能源戰(zhàn)略的調(diào)整，電力市場(chǎng)的幵放以及電力體制改革，用電管理逐步市場(chǎng)化，促使供電部門越來越重視電力系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行⑴。電壓是衡量電能質(zhì)的主要指標(biāo)之一[2]，電壓質(zhì)量對(duì)電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行至關(guān)重要，對(duì)保證電力用戶日常的安全生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量以及用電設(shè)備使用壽命等有著重要的影響[3]。電壓是反映電能質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)，對(duì)無功功率實(shí)施合理有效的

2、控制是提高電壓質(zhì)量的必要手段，也是保持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性、降低線損和提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平的重要技術(shù)措施。若系統(tǒng)無功功率儲(chǔ)備不足或區(qū)域無功功率出現(xiàn)較大缺額，而又得不到合理有效的控制，一旦系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)，就可能出現(xiàn)系統(tǒng)電壓過低，產(chǎn)生電壓崩潰，甚至導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)解列，致使大面積停電，如1983年瑞典電網(wǎng)系統(tǒng)大停電、1987年日本東京電網(wǎng)大停電以及2003年的美加大停電等都是由于負(fù)荷爬坡時(shí)無功補(bǔ)償容量不足，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓崩饋，從而給社會(huì)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失；相反，如果無功功率過?；蜻^度補(bǔ)償，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)電壓過高，危害系統(tǒng)和設(shè)備的安全運(yùn)行，同樣也會(huì)對(duì)用電設(shè)備的使用壽命造成影響。此外，無功功率的不合

3、理流動(dòng)一方面影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行，另一方面造成網(wǎng)絡(luò)損耗增大，不利于電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為了保證電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、提高用戶的用電質(zhì)量，應(yīng)該充分合理的運(yùn)用各種現(xiàn)有的無功電壓調(diào)節(jié)手段，加強(qiáng)無功電壓的調(diào)控能力，合理控制系統(tǒng)無功流向，提高電壓合格率，保證系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。1.2國(guó)內(nèi)外研究綜述在過去的幾十年中，相對(duì)于成熟應(yīng)用的有功頻率控制技術(shù)，無功電壓控制技術(shù)發(fā)展則明顯滯后，造成目前這種局面的主要原因是：第一，直到最近二十年，電壓穩(wěn)定現(xiàn)象才成為關(guān)系電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要問題；由于電力系統(tǒng)前期的大規(guī)模投資建設(shè)使得電力傳輸系統(tǒng)在很長(zhǎng)的時(shí)間里在輕載運(yùn)行，影響系統(tǒng)穩(wěn)定的主要因素是暫態(tài)穩(wěn)定。第二

4、，無功功率不能遠(yuǎn)距離輸送，使得電壓控制多年以來一直等同于局部控制。第三，對(duì)于有功功率的監(jiān)視和控制，只需要很少的變量；而對(duì)于遍布整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)荷母線，則需要監(jiān)視和控制大量的母線電壓數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)較為困難。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，這種狀況顯然不能滿足需求。目前，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者已經(jīng)對(duì)電力系統(tǒng)無功電壓控制的理論都有較為深入的研究，而且各國(guó)電力部門也意識(shí)到控制無功電壓，提高電網(wǎng)的電壓質(zhì)量對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要性。自動(dòng)電壓控制（automaticvoltagecontrol，AVC)系統(tǒng)逐步被各國(guó)電網(wǎng)采用[6]，我國(guó)電網(wǎng)在大部分發(fā)電廠安裝了AVC系統(tǒng)，并取得了很好的控制效果，但是由于AVC主要是

5、依靠發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)于供電區(qū)域內(nèi)其它變電站以及遠(yuǎn)距離的受電末端調(diào)節(jié)能力有限，因此必須綜合其它的調(diào)壓手段對(duì)整個(gè)供電區(qū)域進(jìn)行無功電壓調(diào)節(jié)。電力系統(tǒng)無功電壓調(diào)節(jié)是指在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，根據(jù)已知負(fù)荷分布，通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)、有載調(diào)壓變壓器以及無功補(bǔ)償電容器或電抗器等，控制網(wǎng)絡(luò)中的無功潮流，使系統(tǒng)的電壓滿足要求的同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的電能損耗盡可能的小。國(guó)內(nèi)外關(guān)于電力系統(tǒng)無功優(yōu)化的研究主要分為靜態(tài)無功優(yōu)化和動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化。第二章無功功率控制與電壓調(diào)整2.1引言電壓是衡量電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)出力、調(diào)整有載調(diào)壓變壓器分接頭以及投切無功補(bǔ)償裝置等多種調(diào)壓手段，可以保證電力用戶

6、的電壓接近系統(tǒng)額定電壓。長(zhǎng)期的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，造成系統(tǒng)電壓不合格的主要原因是無功功率缺額/過?；驘o功潮流分布不合理，因此，合理的調(diào)節(jié)控制無功功率的補(bǔ)償和分布才能有效的解決電壓質(zhì)量下降的問題。本文針對(duì)差分進(jìn)化算法應(yīng)用于求解電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化模型存在的缺陷和不足，提出了差分退火算法，將退火算法中的概率選擇策略引入到差分進(jìn)化算法中，并代替差分進(jìn)化算法中的貪婪式選擇策略，有效解決算法陷入局部停滯和突跳能力差的問題。根據(jù)負(fù)荷的動(dòng)態(tài)模型，將負(fù)荷進(jìn)行分時(shí)段劃分，在此基礎(chǔ)上，考慮無功控制設(shè)備的動(dòng)作次數(shù)約束限制，采用啟發(fā)式的解親策略對(duì)控制設(shè)備的動(dòng)作時(shí)刻進(jìn)行時(shí)間-空間解稱，從而使控制設(shè)備動(dòng)作次數(shù)

7、約束得到有效解決。根據(jù)綜合靈敏度分析原理，對(duì)單個(gè)時(shí)段內(nèi)獲得動(dòng)作權(quán)限的控制設(shè)備分別進(jìn)行靈敏度分析，根據(jù)靈敏度的大小合理有效的安排可調(diào)補(bǔ)償設(shè)備的投切次序，為調(diào)度操作人員提出參考決策。2.2電壓-無功綜合控制原理改變電源端電壓、調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器變比以及投切無功補(bǔ)償裝置。電源端電壓偏離系統(tǒng)額定電壓一般不超過±5%,而大中型的同步發(fā)電機(jī)都裝有勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，電源端電壓偏離額定電壓時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流改變發(fā)電機(jī)出力，從而維持電源端電壓在合格的范圍內(nèi)。有載調(diào)壓變壓器可以在帶負(fù)載的情況下切換分