界约束无功优化方程式算法及含风电的系统无功优化研究

【摘要】： 随着经济的发展和技术的进步,社会、生产、生活等各个方面对电能质量提出了更高的要求。合理的无功分布对保证电能质量、提高经济运行水平和保障系统安全稳定起着重要作用。因此,研究无功优化具有重要的理论意义和实用价值。无功优化是一个多变量、不连续、多约束的非线性规划问题,科研和技术人员已经进行了大量且深入的研究,但是由于问题具有大量不等式约束且变量非连续的特点,研究仍存在许多没有解决的问题。 本文针对无功优化模型中不等式约束为变量上下界约束的特点,对界约束单独处理,通过引入特殊对角矩阵,消去了KKT条件中关于界约束的对偶变量,减少了变量,将优化问题转化为方程组问题,缩小了问题规模。方程组的求解采用仿射尺度内点信赖域法,该方法将解无约束方程组的信赖域牛顿法和解约束最小问题的仿射尺度内点法相结合,具有牛顿法的局部超线性收敛性和信赖域的全局搜索性,引入仿射尺度矩阵保持了无功界约束的可行性。 当风力发电接入系统后,由于其吸收大量无功,对系统的无功分布及电压调整产生一定影响,因此需作进一步的优化研究和计算。在推导了风电场无功补偿容量的计算公式,给出了含风电场的潮流计算方法后,计算得到了不同风速情况下风电场所需的无功补偿容量,并采用寻优能力强、对变量无连续要求的遗传算法,求得考虑了风力发电接入系统后的无功优化满意解。 采用文中给出的电力系统模型及推导出的求解优化问题的方程组表达式,编制了MATLAB程序,实现了上述模型及其算法,算例结果表明了所提模型和算法的有效性和实用性。 【关键词】：电力系统 无功优化 库恩-塔克条件 仿射尺度信赖域法 分布式发电 遗传算法
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 电力系统无功优化的目的与意义12
• 1.2 电力系统无功优化的内容12-13
• 1.3 无功优化的研究现状13-18
• 1.3.1 无功优化模型的研究现状13-14
• 1.3.2 无功优化算法的研究现状14-18
• 1.4 风力发电并网运行的无功优化研究现状18-19
• 1.5 本文的主要工作及章节安排19-21
• 第二章 无功优化的基本原理21-29
• 2.1 无功功率平衡21-24
• 2.1.1 无功负荷和无功损耗21-22
• 2.1.2 无功电源22-23
• 2.1.3 无功功率平衡表达式23-24
• 2.2 无功与电压和有功损耗的关系24-25
• 2.2.1 无功与电压的关系24
• 2.2.2 无功与有功损耗的关系24-25
• 2.3 电压调整的原理与方法25-29
• 2.3.1 电压调整的基本原理25-26
• 2.3.2 调压方式26-29
• 第三章 带界约束的无功优化方程式模型29-37
• 3.1 引言29
• 3.2 以网损最小为目的无功优化模型29-32
• 3.2.1 变量的选择29-30
• 3.2.2 数学模型30-32
• 3.3 界约束的非线性方程组模型32-33
• 3.3.1 非线性约束问题的KKT 条件32-33
• 3.3.2 KKT 条件的等价模型33
• 3.4 灵敏度矩阵33-37
• 3.4.1 目标函数对变量的灵敏度矩阵34-35
• 3.4.2 等式约束对变量的灵敏度35
• 3.4.3 非线性方程组表达式35-37
• 第四章 界约束的仿射尺度内点信赖域法37-48
• 4.1 引言37-38
• 4.2 算法描述38-40
• 4.2.1 带尺度的信赖域子问题38-39
• 4.2.2 信赖域子问题的求解39-40
• 4.2.3 检验试探步及调整信赖域半径40
• 4.3 算法步骤40-41
• 4.4 算例分析41-47
• 4.4.1 IEEE-9 节点系统41-42
• 4.4.2 IEEE-30 节点系统42-43
• 4.4.3 IEEE-57 节点系统43
• 4.4.4 IEEE-118 节点系统43-45
• 4.4.5 结果分析45-47
• 4.5 小结47-48
• 第五章 考虑风电的系统无功优化模型和算法48-57
• 5.1 引言48
• 5.2 风电机组的数学描述48-50
• 5.2.1 风能与风力机的模型48-49
• 5.2.2 异步发电机的稳态等值模型49-50
• 5.3 含风电场的无功优化50-51
• 5.3.1 含风电场的潮流计算50-51
• 5.3.2 无功优化模型51
• 5.4 模型的求解51-53
• 5.4.1 遗传算法51-52
• 5.4.2 算法流程52-53
• 5.5 算例分析53-56
• 5.6 小结56-57
• 结语57-59
• 参考文献59-64
• 致谢64-65
• 附录A 攻读学位期间发表的论文目录65-66
• 附录B 攻读硕士学位期间参加的相关课题66

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