基于新型進化算法和微機集群的電力系統(tǒng)并行無功優(yōu)化研究.pdf

1、電力系統(tǒng)無功電壓自動控制的發(fā)展大致可以分為四個階段，即設備級就地分散控制階段、廠站級就地協(xié)調(diào)控制階段、區(qū)域級協(xié)調(diào)控制階段和全局協(xié)調(diào)控制階段。其中尤以基于無功優(yōu)化、集安全性和經(jīng)濟性于一體的全局協(xié)調(diào)優(yōu)化控制為最高追求目標，其條件隨著SCADA數(shù)據(jù)準確率和EMS實用化水平的不斷提高正日漸成熟，相應的需求也日益迫切。因此，無功優(yōu)化問題是目前電力系統(tǒng)領域中的研究熱點之一，研究內(nèi)容主要包括兩個方面，即考慮更多實際需求的詳細建模和快速準確的求解。本文

2、著重研究無功優(yōu)化問題的求解方法。 在數(shù)學上，無功優(yōu)化是一種同時具有連續(xù)變量和離散變量、具有非線性的目標函數(shù)、非線性的等式和不等式約束的復雜優(yōu)化問題，具有非凸性和多極值性，其快速準確求解相當困難。目前主要有基于導數(shù)的數(shù)學規(guī)劃方法和智能優(yōu)化算法等兩類求解方法，前者以內(nèi)點法為最新發(fā)展，后者以進化算法為典型代表。兩者各有優(yōu)缺點，前者計算速度快，但理論上容易陷入局部極小點，在處理離散控制變量和不可行問題方面存在困難；后者能以較大概率找到全

3、局最優(yōu)解，便于處理離散控制變量和不可行問題，但容易陷入早熟，計算速度慢。 為解決基于進化算法的無功優(yōu)化的早熟和計算速度慢的缺點，前人做了大量工作。歸納起來，主要有三個努力方向：（1）利用進化算法與其它智能優(yōu)化算法或內(nèi)點法的互補性來構(gòu)造混合算法；（2）運用與無功優(yōu)化相關(guān)的電力系統(tǒng)計算和運行方面的經(jīng)驗和知識來簡化計算模型、減小問題規(guī)模；（3）運用并行計算來加速計算。本文的研究也大致按照這三個方向展開： 第2章從全局搜索能力較

4、強的進化規(guī)劃（EP）入手，首先比較了四種EP方案用于求解無功優(yōu)化問題時的性能；然后研究了所謂的自適應快速EP方案用于求解無功優(yōu)化問題時的有效性；最后根據(jù)比較分析中總結(jié)出來的規(guī)律，對兩種EP方案進行了成功的改進。研究總體表明，EP用于求解無功優(yōu)化問題時速度太慢。 第3章將差異進化算法（DE）首次用于求解無功優(yōu)化問題，研究了其尋優(yōu)機理和參數(shù)設置的問題，并通過與其它進化算法和粒子群算法的比較分析了它的性能。結(jié)果表明，對求解無功優(yōu)化問題

5、而言，DE總體上是一種比較優(yōu)秀的新型進化算法，值得進一步研究和應用。但同時也發(fā)現(xiàn)，DE需要相對較大的群體規(guī)模才能避免早熟收斂。當系統(tǒng)規(guī)模較大時，這將導致計算時間很長，在單機計算的條件下難以滿足在線無功優(yōu)化的需要。 第4章研究運用并行計算技術(shù)來加快DE用于求解無功優(yōu)化問題時的計算速度，并以微機集群為平臺加以實現(xiàn)。算例分析表明，并行化的確可以大大提高DE求解無功優(yōu)化問題的速度，采用并行DE和適當規(guī)模的集群可以較好地實現(xiàn)電力系統(tǒng)的在線

6、無功優(yōu)化。但同時也發(fā)現(xiàn)，并行計算的加速效果隨集群規(guī)模的擴大而迅速飽和，有必要通過算法本身的改進來降低所需的群體規(guī)模，從而進一步加快計算或使用更小規(guī)模的集群以降低成本。 第5章首先分析了DE和EP的互補性，然后利用這種互補性設計了名為DEEP的混合算法。它以DE為主體，并通過EP的隨機變異操作引入新的遺傳信息以緩解早熟壓力。算例分析表明DEEP具有如下優(yōu)點：（1）可以有效克服DE需要相對較大的群體規(guī)模才能避免早熟的缺點，從而可以大

7、大節(jié)省計算時間。主從并行化時，DEEP還可將繁衍操作分散到從進程進行而不致使優(yōu)化結(jié)果明顯變差，從而可以進一步節(jié)省計算時間。（2）是一種通用的算法，且性能對參數(shù)不敏感，唯一的參數(shù)設為固定值即可。（3）由于采用了合理的主輔群體機制，對輔助群體不做適應度評估，故新增的計算時間幾乎可以忽略不計，十分適于求解無功優(yōu)化這種適應度評估非常耗時的優(yōu)化問題。 第6章運用協(xié)同進化技術(shù)提供的系統(tǒng)框架，將分解協(xié)調(diào)技術(shù)引入了DE，并利用電力系統(tǒng)無功電壓之

8、間的關(guān)系具有局部性的特點將電網(wǎng)分成若干個盡可能獨立的區(qū)域以減少協(xié)調(diào)工作量，由此構(gòu)造了一種協(xié)同DE與電網(wǎng)分區(qū)相結(jié)合的無功優(yōu)化方法CCDE-PSD；針對其特點，還設計了一種三層主從并行結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)其并行化。算例分析表明，CCDE-PSD及其并行化的方案設計都是合理有效的。無論從解的質(zhì)量還是計算時間來看，CCDE-PSD都明顯優(yōu)于普通DE，可以在使用更小的群體規(guī)模和更少的進化代數(shù)的情況下獲得更好的解。 第7章總結(jié)全文，并展望了值得進一步