大電網(wǎng)最優(yōu)潮流計(jì)算

前言

　　日益擴(kuò)大的電網(wǎng)規(guī)模、復(fù)雜的運(yùn)行方式和調(diào)控難度為電力系統(tǒng)運(yùn)行和控制帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度及以經(jīng)濟(jì)性作為主要目標(biāo)的無(wú)功優(yōu)化和電壓調(diào)控等手段已難以適應(yīng)當(dāng)前大電網(wǎng)在經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上同時(shí)考慮安全性的要求，迫切需要發(fā)展新的電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行、調(diào)度以及調(diào)控分析方法。起源于20世紀(jì)60年代的最優(yōu)潮流作為電力系統(tǒng)最為基本，且最為重要的分析計(jì)算工具之一，已在電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度、無(wú)功優(yōu)化、電壓調(diào)控等領(lǐng)域逐步獲得推廣應(yīng)用。但目前應(yīng)用于大電網(wǎng)的最優(yōu)潮流計(jì)算不可避免地存在計(jì)算維數(shù)過(guò)高，計(jì)算量過(guò)大且求解效率偏低的問(wèn)題，因此，在實(shí)際應(yīng)用中，通常會(huì)對(duì)一些約束條件以及電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)簡(jiǎn)化后再開(kāi)展最優(yōu)潮流計(jì)算，以加快運(yùn)算速度，提高優(yōu)化求解的效率。如何在最優(yōu)潮流計(jì)算中考慮更為復(fù)雜的實(shí)際運(yùn)行情況，如考慮電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求、考慮動(dòng)態(tài)無(wú)功約束等，已成為最優(yōu)潮流計(jì)算在大電網(wǎng)全局最優(yōu)調(diào)控領(lǐng)域深入推廣和應(yīng)用的難點(diǎn)?！　∽?994年起，我和我的研究生們開(kāi)始涉足電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流計(jì)算領(lǐng)域，致力于將最優(yōu)潮流計(jì)算推廣應(yīng)用于大規(guī)模電網(wǎng)的研究。近年來(lái)，我們發(fā)表的一些學(xué)術(shù)論文引起了同行學(xué)者以及電力行業(yè)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的關(guān)注，再加上多年在指導(dǎo)研究生和講授研究生專(zhuān)業(yè)課的過(guò)程中，深切體會(huì)到電力系統(tǒng)飛速發(fā)展對(duì)電力專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)提出了新需求，我深感有必要將15年來(lái)在大電網(wǎng)最優(yōu)潮流計(jì)算領(lǐng)域的研究成果匯總出版，希望能夠?yàn)槌醮翁と腚娏ο到y(tǒng)優(yōu)化領(lǐng)域的研究人員起到拋磚引玉的作用，同時(shí)也能夠?yàn)閺V大同行和相關(guān)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員提供學(xué)習(xí)參考和探討平臺(tái)?！　∪珪?shū)共分十七章，從內(nèi)容劃分上可歸為三部分。前七章以線性規(guī)劃和非線性規(guī)劃理論為起點(diǎn)，將內(nèi)點(diǎn)法及其擴(kuò)展算法應(yīng)用到靜態(tài)無(wú)功優(yōu)化、動(dòng)態(tài)無(wú)功優(yōu)化及其并行計(jì)算中。第八至十二章介紹了擴(kuò)展的最優(yōu)潮流問(wèn)題，包括暫態(tài)穩(wěn)定約束最優(yōu)潮流和靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束最優(yōu)潮流計(jì)算。第十三至十七章介紹了我們?cè)诖箅娋W(wǎng)最優(yōu)潮流分解協(xié)調(diào)計(jì)算領(lǐng)域的研究成果。本書(shū)對(duì)所提出的每種算法從模型建立、算法實(shí)現(xiàn)等方面進(jìn)行了詳細(xì)推導(dǎo)；在算例分析中，不僅采用了國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)系統(tǒng)作為算例，且采用了小至538節(jié)點(diǎn)，大至2212節(jié)點(diǎn)等省級(jí)和區(qū)域電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)作為算例。

內(nèi)容概要

本書(shū)共分十七章，從內(nèi)容劃分上可歸為三部分。前七章以線性規(guī)劃和非線性規(guī)劃理論為起點(diǎn)，將內(nèi)點(diǎn)法及其擴(kuò)展算法應(yīng)用到靜態(tài)無(wú)功優(yōu)化、動(dòng)態(tài)無(wú)功優(yōu)化及其并行計(jì)算中；第八至十二章介紹了擴(kuò)展的最優(yōu)潮流問(wèn)題，包括暫態(tài)穩(wěn)定約束最優(yōu)潮流和靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束最優(yōu)潮流計(jì)算；第十三至十七章介紹了幾種典型的大電網(wǎng)最優(yōu)潮流分解協(xié)調(diào)算法。本書(shū)對(duì)所提出的每種算法從模型建立、算法實(shí)現(xiàn)等方面進(jìn)行了詳細(xì)推導(dǎo)，在算例分析中，不僅采用了國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)系統(tǒng)作為算例，且采用了小至538節(jié)點(diǎn)、大至2212節(jié)點(diǎn)等省級(jí)和區(qū)域電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)作為算例。    本書(shū)可供各級(jí)從事電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的工程技術(shù)人員、高等院校和科研院所的研究生和科研人員參考。

作者簡(jiǎn)介

劉明波，男，湖南臨澧人，1964年12月生，1992年7月在清華大學(xué)獲博士學(xué)位，同年分配到華南理工大學(xué)任教至今。1995年晉升為副教授，2003年晉升為教授，2004年被批準(zhǔn)為博士生指導(dǎo)教師。2000年12月一2001年7月、2001年12月一2002年3月任香港城市大學(xué)訪問(wèn)副研究員；2006年3月一2007年2月在加拿大滑鐵盧大學(xué)做訪問(wèn)學(xué)者。主要從事大電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化調(diào)度與電壓控制，最優(yōu)潮流與暫態(tài)穩(wěn)定預(yù)防控制，靜態(tài)、暫態(tài)和長(zhǎng)期電壓穩(wěn)定分析、仿真與控制，理論線損計(jì)算與節(jié)能降耗，可靠性計(jì)算與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等領(lǐng)域的研究。在國(guó)內(nèi)外期刊和國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表論文90余篇。除撰寫(xiě)《大電網(wǎng)最優(yōu)潮流計(jì)算》外，還合著《線損理論計(jì)算原理及應(yīng)用》和《線損理論計(jì)算軟件從入門(mén)到精通》。獲廣東省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)1項(xiàng)。

書(shū)籍目錄

前言第一章  非線性規(guī)劃和線性規(guī)劃的求解方法  1．1 基礎(chǔ)知識(shí)    1．1．1  最優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)學(xué)描述    1．1．2  相關(guān)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)  1．2  非線性規(guī)劃    1．2．1  一階最優(yōu)性條件      1．2．2 二階最優(yōu)性條件      1．2．3  非線性原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)方法  1．3  線性規(guī)劃    1．3．1  單純形法    1．3．2  內(nèi)點(diǎn)法  1．4  小結(jié)    參考文獻(xiàn)第二章  連續(xù)無(wú)功優(yōu)化計(jì)算第三章  離散無(wú)功優(yōu)化計(jì)算第四章  動(dòng)態(tài)無(wú)功優(yōu)化計(jì)算第五章  動(dòng)態(tài)無(wú)功優(yōu)化解耦算法第六章  動(dòng)態(tài)無(wú)功優(yōu)化并行計(jì)算第七章  地區(qū)電網(wǎng)電壓無(wú)功控第八章  基于故障模式法的暫態(tài)能量裕度約束最優(yōu)潮流計(jì)算第九章  基于BCU法的暫態(tài)能量裕度約束最優(yōu)潮流計(jì)算第十章  基于軌跡靈敏度法的暫態(tài)穩(wěn)定約束發(fā)電再調(diào)度第十一章  基于軌跡靈敏度法的暫態(tài)穩(wěn)定約束最優(yōu)潮流第十二章  靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度約束無(wú)功優(yōu)化計(jì)算第十三章  幾種典型的分解協(xié)調(diào)算法第十四章  基于近似牛頓方向的多區(qū)域無(wú)功優(yōu)化分解算法第十五章  基于對(duì)角加邊模型的多區(qū)域無(wú)功優(yōu)化分解算法第十六章  基于諾頓等值的多區(qū)域無(wú)功優(yōu)化分解算法第十七章  幾種無(wú)功優(yōu)化分解算法比較附錄

章節(jié)摘錄

　　在逐次線性化求解無(wú)功優(yōu)化的最優(yōu)解過(guò)程中，初始時(shí)優(yōu)化過(guò)程收斂得很快；而靠近最優(yōu)點(diǎn)時(shí)，若不改變步長(zhǎng)限制，算法通常會(huì)發(fā)生振蕩，即所得網(wǎng)損在最優(yōu)點(diǎn)附近來(lái)回?cái)[動(dòng)。針對(duì)于此，一些文獻(xiàn)提出了動(dòng)態(tài)調(diào)整步長(zhǎng)的思想，即在初始時(shí)采用較大步長(zhǎng)，而靠近最優(yōu)點(diǎn)時(shí)逐步減小步長(zhǎng)限制以避免振蕩的產(chǎn)生。但在實(shí)際中，依據(jù)什么來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整步長(zhǎng)仍是目前尚未解決的困難。我們可以根據(jù)網(wǎng)損的變化率來(lái)調(diào)整步長(zhǎng)，但對(duì)于不同的系統(tǒng)，其收斂過(guò)程不盡相同，故很難找到統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)網(wǎng)損的變化率進(jìn)行評(píng)估并依此來(lái)調(diào)整步長(zhǎng)。因此，目前的調(diào)整策略是在振蕩發(fā)生時(shí)才減小步長(zhǎng)，顯然，這樣處理增加了迭代的次數(shù)，但可保證程序的通用性。　　注意，在算法的第④步中，并未對(duì)首次大循環(huán)迭代時(shí)控制變量的變化量加以線性化最大步長(zhǎng)約束，顯然這樣得到的線性規(guī)劃模型是不精確的；但實(shí)例計(jì)算表明，對(duì)于不同的系統(tǒng)，只要存在最優(yōu)解，采用原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法求解經(jīng)這樣處理后的線性規(guī)劃模型時(shí)，初次迭代時(shí)算法都可直接采用非內(nèi)點(diǎn)啟動(dòng)并可在較大范圍內(nèi)尋找一最優(yōu)解修正各控制變量值，即首次的大迭代運(yùn)算相當(dāng)于一校正過(guò)程。而且，經(jīng)校正運(yùn)算后，整個(gè)線性化求解過(guò)程的收斂性也得到改善，從第二次大循環(huán)迭代開(kāi)始，內(nèi)點(diǎn)法在求解嚴(yán)格的線性規(guī)劃模型時(shí)均可采用非內(nèi)點(diǎn)啟動(dòng)。

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