（电气工程专业论文）通辽电网无功优化计算与研究.pdf

华北电力大学工程硕士专业学位论文 摘要 电力系统无功优化配置是保证系统安全、经济运行的一项有效手段，是提高电 压质量的重要措施。因此，研究地区电网的无功优化配置策略，既具有理论意义， 又具有实际应用价值。 无功功率在电力系统运行中起着举足轻重的作用。无功优化运行可以提高系统 的稳定性，保证电压质量并降低网络损耗，是电力系统安全经济运行研究的一个重 要组成部分。无功优化研究通常以有载调压交压器交比、无功眷偿容量和可调发电 机机端电压为控制交量，以负荷节点电压为状态变量，以网损最小兼顾电压质量最 优为目标函数来确定最合适的运行方案。 本文采用免疫遗传算法对2 0 1 0 年通辽地区屯网进行无功优化计算，得出无功补 偿设备的最佳补偿点和最佳於偿容量，对通辽电阙2 0 1 0 年电网规划具有指导意义。 关键字：地区电网免疫遗传无功优化 a b s t r a c t r e a c t i v ep o w e ro p t i m i z a t i o ni sa ne f f e c t i v em e a s u r et ok e e pp o w e rs y s t e ms a f ea n d e c o n o m i c a l ，a n da ni m p o r t a n tm e t h o dt oi m p r o v ev o l t a g ep r o f i l e i ti sv a l u a b l et os t u d y t h ep r o b l e mo fr e a c t i v ep o w e ro p t i m i z a t i o n 。 t h er e a c t i v ep o w e rp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei np o w e rs y s t e m r e a c t i v ep o w e r o p t i m i z a t i o nc a l li m p r o v et h eq u a l i t yo fv o l t a g ea n dd e c r e a s et h el o s so fn e t w o r k s i n r e a c t i v ep o w e ro p t i m i z a t i o n ，t h et a p so ft r a n s f o r m e r , t h ec a p a c i t yo fr e a c t i v ep o w e r s o u r c e sa n dt h ev o l t a g eo fg e n e r a t o r sa r eu s u a l l yc h o s e na sc o n t r o lv a r i a b l e s ；t h eb u s v o l t a g em a g n i t u d e sa r ec h o s e na ss t a t ev a r i a b l e s t h eo b j e c ti st om i n i m i z et h es u mo f l o s sa n dg i v ea t t e n t i o nt ot h eq u a l i t yo fv o l t a g e t os o l v et h ea c t u a lr e a c t i v ep o w e ro p t i m i z a t i o no ft o n gl i a ol o c a lp o w e rs y s t e mi n 2 0 1 0 ，t h er e a c t i v ep o w e ro p t i m i z a t i o na l g o r i t h mb a s e do ni m m u n eg e n e t i ca l g o r i t h m ( i g a ) i sp r e s e n t e di nt h i st h e s i s t h ea c t u a lo p e r a t i o nc o n d i t i o n so ft o n gl i a ol o c a l p o w e rs y s t e ma r ea n a l y z e d t h ep r o p o s e da l g o r i t h mc a l c u l a t e st h eo p t i m a ls i t e sa n d c a p a b i l i t i e so fc a p a c i t o rc o m p e n s a t i n g i n2 0 1 0t h e e l e c t r i c a ln e t w o r kp l a n h a st h e g u i d i n gs e n s et ot h et o n g l i a ol o c a lp o w e rs y s t e m l i uc h a n gx i ( e l e c t r i cp o w e re n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f h u a n gw e i k e yw o r d s ：l o c a lp o w e rs y s t e m ，i m m u n eg e n e t i ca l g o r i t h m ( i g a ) ，r e a c t i v ep o w e r o p t i m i z a t i o n 华北电力大学工程硕士专业学位论文 摘要 电力系统无功优化配置是保证系统安全、经济运行的一项有效手段，是提高电 压质量的重要措施。因此，研究地区电网的无功优化配置策略，既具有理论意义， 又具有实际应用价值。 无功功率在电力系统运行中起着举足轻重的作用。无功优化运行可以提高系统 的稳定性，保证电压质量并降低网络损耗，是电力系统安全经济运行研究的一个重 要组成部分。无功优化研究通常以有载调压交压器交比、无功眷偿容量和可调发电 机机端电压为控制交量，以负荷节点电压为状态变量，以网损最小兼顾电压质量最 优为目标函数来确定最合适的运行方案。 本文采用免疫遗传算法对2 0 1 0 年通辽地区屯网进行无功优化计算，得出无功补 偿设备的最佳补偿点和最佳於偿容量，对通辽电阙2 0 1 0 年电网规划具有指导意义。 关键字：地区电网免疫遗传无功优化 a b s t r a c t r e a c t i v ep o w e ro p t i m i z a t i o ni sa ne f f e c t i v em e a s u r et ok e e pp o w e rs y s t e ms a f ea n d e c o n o m i c a l ，a n da ni m p o r t a n tm e t h o dt oi m p r o v ev o l t a g ep r o f i l e i ti sv a l u a b l et os t u d y t h ep r o b l e mo fr e a c t i v ep o w e ro p t i m i z a t i o n 。 t h er e a c t i v ep o w e rp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei np o w e rs y s t e m r e a c t i v ep o w e r o p t i m i z a t i o nc a l li m p r o v et h eq u a l i t yo fv o l t a g ea n dd e c r e a s et h el o s so fn e t w o r k s i n r e a c t i v ep o w e ro p t i m i z a t i o n ，t h et a p so ft r a n s f o r m e r , t h ec a p a c i t yo fr e a c t i v ep o w e r s o u r c e sa n dt h ev o l t a g eo fg e n e r a t o r sa r eu s u a l l yc h o s e na sc o n t r o lv a r i a b l e s ；t h eb u s v o l t a g em a g n i t u d e sa r ec h o s e na ss t a t ev a r i a b l e s t h eo b j e c ti st om i n i m i z et h es u mo f l o s sa n dg i v ea t t e n t i o nt ot h eq u a l i t yo fv o l t a g e t os o l v et h ea c t u a lr e a c t i v ep o w e ro p t i m i z a t i o no ft o n gl i a ol o c a lp o w e rs y s t e mi n 2 0 1 0 ，t h er e a c t i v ep o w e ro p t i m i z a t i o na l g o r i t h mb a s e do ni m m u n eg e n e t i ca l g o r i t h m ( i g a ) i sp r e s e n t e di nt h i st h e s i s t h ea c t u a lo p e r a t i o nc o n d i t i o n so ft o n gl i a ol o c a l p o w e rs y s t e ma r ea n a l y z e d t h ep r o p o s e da l g o r i t h mc a l c u l a t e st h eo p t i m a ls i t e sa n d c a p a b i l i t i e so fc a p a c i t o rc o m p e n s a t i n g i n2 0 1 0t h e e l e c t r i c a ln e t w o r kp l a n h a st h e g u i d i n gs e n s et ot h et o n g l i a ol o c a lp o w e rs y s t e m l i uc h a n gx i ( e l e c t r i cp o w e re n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f h u a n gw e i k e yw o r d s ：l o c a lp o w e rs y s t e m ，i m m u n eg e n e t i ca l g o r i t h m ( i g a ) ，r e a c t i v ep o w e r o p t i m i z a t i o n 1 士= 1明明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文通辽电网无功优化研究，是本 人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 、口p 龟己b 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同 方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期： 1 卯钐弓肛 导师签名： 日期：弼罗- o 华北电力大学工程硕士专业学位论文 1 1 选题背景 第一章绪论屠一旱三；蠹 了匕 随着国民经济的迅速发展，用电负荷的不断增长，用户对于电能质量要求的 日益提高，电网无功优化补偿的重要性也日益增强，难度也日益加大。特别是电 力市场机制的引入，使得如何采取有效手段提高电能质量，降低网损，已经成为直 接关系电力企业自身经济效益的课题。 电力系统无功的合理分布是保证电压质量和降低网损的前提条件，电力系统 中无功的优化调整，将对电力系统的安全经济运行发挥重要作用。一方面，无功不 足将导致系统长期在低电压水平运行，电能质量低下， 嚣量，在系统受到扰动后， 容易产生电压崩溃事敌。另一方面，无功过剩也会恶化系统电压，危害系统和设 备的安全，而且过多的无功备用又会造成不必要的投资。另外，如果系统无功电 源不足，将会造成大量无功在系统中流动，使线路压降增大、线路损耗增加、供 电经济性下降。嚣此，通过对电力系统无功电源的合理配置和对无功负荷的最佳 补偿，不仅可以维持电压水平和提高电力系统运行的稳定性，而且可以降低有功 网损和无功网损，使电力系统能够安全、经济运行。 特别是近些年来，在发达国家孛发生了多起由于系统内无功功率不足，当系统 遭到扰动后使电压低子临界电压，产生电压崩溃，从而导致系统因失去同步而瓦 解的灾难性事故，造成了巨大的损失，这引起了世界各国对无功优化问题的广泛关 注。在满足电网规模日益扩大，负荷需求的不断增长的前提下，如何充分利用系 统的无功资源，保证系统的安全、经济运行，已经成为电力工作者们致力研究的 重要问题之一。 电力系统无功优化问题分成规划优化和运行优化控制两类。规划优化问题计 算无功补偿设备的最优安装位置、类型和容量，数达到节省投资费用的冒的。运 行优化控制问题认为无功补偿设备的配置己定，需要根据实际负荷和运行方式的 变化情况，确定无功补偿设备的投切方案和变压器分接头位置等，以达到在满足 电压质量要求的情况下网损最小，或能耗最小，或运行费用最小。通过无功优化 不仅使全网电压在额定值附近运行，而且能取得可观的经济效益，使电能质量、 系统运行的安全性和经济性完美的结合在一起，因此电力系统无功优化问题的研 究更具有实际应用价值。 2 国内外研究现状 国外的电网已经广泛的投入了自动发电控制( a g c ) 、自动电压控制( a v c ) 、 华北电力大学工程硕士专业学位论文 能量管理系统( e m s ) 、静止无功补偿器( s v c ) 和完善的通信系统，许多电网已 采用灵活交流输电系统( f a c t s ) 技术，其电压、无功管理已转化为设备运行完好 率的技术管理。电网的商业化营运，使得各电力公司在电网的规划、改造和运行 中，自觉的保证电压质量，维护合乎用户要求的电压水平。电网大量引进先进的 设备和软件，以增强对电力生产和电力销售的控制，提高运行可靠性。 我国现在正在进行大区域电网互联，电网建设在向大电网、超高压、远距离 输电方向发展，同时，现有的电力系统正在承担着越来越重的负荷需要，发、输电 设施使用的强度日益接近其极限值，随着电力系统联网容量的增大和输电电压的 普遍提高，输电功率变化和高压线路投切都将引起很大的无功功率变化，系统对 无功功率和电网电压的调节、控制能力要求越来越高。 电力系统的无功优化问题是指某电力系统在一定的运行方式下，满足各种约 束条件，达到预定目标的优化问题。它涉及无功补偿装备投入地点的选择、无功 补偿装置投入容量的确定、变压器分接头的调整和发电机机端电压的配合，是一 个多变量、多约束的混合非线性规划问题。电力系统无功优化问题有如下几个特 点： l 、离散性 通过用离散变量来表示在何处安装无功补偿装备，表示变压器分接头的位置、 电容器和电抗器组数等。 2 、非线性 在数学模型中，为了满足功率平衡，约束条件中包含潮流计算方程。潮流方 程就是典型的非线性方程。 3 、大规模 现代电力网包含众多的节点和出线。越是电压等级低的网路，其节点数往往 越多，网络越复杂。 4 、收敛性依赖于初值 电力系统无功优化的数学模型中要考虑潮流方程作为等式约束，而潮流方程 是超越方程。因此，无功优化问题可能存在多解的情况。并且，电力系统无功优 化问题的约束条件大部分为非线性的，引入离散变量后，难以保证其连续可微的 要求，因此其收敛性更依赖于初值的选择。 针对电力系统无功优化的特点，国内外专家学者们将各种优化算法应用于这 一领域。人们对它研究的不同之处主要表现在以下几个方面： 1 、优化模型不一致。按无功优化研究中采用的模型分类，现有的研究方法可 以分为四大类： ( 1 ) 、基于物理概念的定性分析 定性分析对于指导研究方向非常重要，基于“发电机一输电线一负荷模型导 2 华北电力大学工程硕士专业学位论文 出p - v 曲线、p - q 馥线和q - v 睦线，藏次展开分析是最直观的一种研究方式。 ( 2 ) 、基于潮流方程的静态方法 这种方法除了以p - q 曲线解释为代表的机理认识外，研究侧重于安全指标的 提出和算法研究，目前主要分为最大功率法、灵敏度分析方法、潮流多解方法和 雅可眈矩阵奇异方法蹬大类。 ( 3 ) 、基于线性化动态方程的小干扰分析方法 小干扰分析法把描述系统运动的非线性微分方程在运行点处线性化，形成状 态方程，并通过特征方程特征矩阵酶特征根分析来判断该运行点的稳定性。 ( 4 ) 、基于j 线性动态方程的时域仿真计算 近年来，认识到电压稳定的动态属性以后，才逐渐加强了这方面的研究，目 前时域仿真方法主要用来作如下几方面的工作：了解电压崩溃现象的特征；检验 机理认识的正确性；检验临界点算法的准确性；研究暂态电压无功稳定问题。 2 、目标函数不同。 在满足运行条件的约束下，根据优化的侧重点不同，优化的目标函数也不尽 相同，通常有以下几种霉标蘧数： ( 1 ) 、从经济角度考虑，在满足运行条件的约束下，以系统网损最小为目标 函数。 ( 2 ) 、从系统安全焦度考虑，以各节点偏离电压规定值最小为目标函数。 ( 3 ) 、从电力市场角度考虑，以发电总成本合理性为舀标函数。 3 、优化算法不一样。 由于对无功优化模型的处理不同以及优化目标函数的选择不同，所以使用的 优纯方法也有差异。主要有以下几静优化方法： l 、非线形规划法 文献 1 提出的最优潮流牛顿算法具有二次收敛速度，能经过几次迭代便收敛 丽找到最优点。同时将p 吨解祸技术应用到算法中，从藤减少了计算量和内存容 量。此算法得到了豳内外学者的高度评价，但对不等式约束的处理仍然是一个有 待进一步研究解决的问题。 文献 2 采用非线性规划中的梯度法，将补偿节点当作p v 节点考虑，计算结 束蘸转化为实际李 偿量。步长蠢电压的最大误差吃梯度的最大分量来决定，加快 了计算速度。 文献 3 采用变尺度法来获取近似海森矩阵的逆。这种方法避免了求逆工作， 减少了计算量，同时还获得近似二阶收敛速度。文章分析并提出了解决算法收敛 的措施，并考虑了离散变量的归整问题。但该算法对内存的需求量比较大。 文献 4 ) 深入分析了优化过程中高阶修芷方程的求解问题，给出了一种新的 数据结构，使之较传统方法可以有效地降低非零注入元素的数目。同时，通过对 3 华北电力大学工程硕士专业学位论文 离散变量构造罚函数并直接嵌入非线性原对偶内点法中，实现离散变量在优化过 程中的逐次归整。该方法具有较好的收敛性和精确性。 非线性规划法是处理无功优化最直接的方法，这种方法的数学模型建立比较 直观，物理概念清晰，但到目前为止还没有一个成熟的基于非线性规划的无功优 化算法。现有算法或多或少都存在一定垂难等谴邃，所以它莳应用受捌了一定抟 限制。 2 、线性规划法 线性优纯方法应用于电力系统无功优化，其原理就是把星标丞数和约束条件 全部用泰勒公式展开，略去高次项，使菲线性规划问题在初值点处转化为线性规 划问题，用逐次线性逼近的方法来进行解空间的寻优。线性规划法理论完整，方 法成熟，计算速度快，收敛相对可靠，算法稳定，因丽被广泛的应用到无功优化 领域中。其中，灵敏度分析法、童接法是在线性规划算法中得到了广泛的应用。 灵敏度分析法 5 ，6 的指导思路是：把非线性规划原问题划分为控制变量和 状态变量，在某一初始运行状态附近，根据目标函数以及状态变量对控制变量的 灵敏度关系来选择调整对象并计算调整量。 文献 7 以网损最小为目标函数，将无功补偿节点处理为p v 节点，这样减少 了状态变量数目，使得函数变量可用控制变量的显性表示。但算法没有考虑p q 解祸闷题，所以状态变量的数嚣仍然不少。在灵敏度系数的求取中，利用己有的 因子表，节省了一定的计算时间。 灵敏度分析法计算简便可靠，思路清晰，但它在计算灵敏度系数矩阵过程中 要涉及到大量的求逆工作。 直接法【8 ，9 】在灵敏度法基本愚想的基磷上，剩震p - q 解藕的特点，由妒y 关系导出了简化的数学模型。这种方法无须对变量进行划分，且构成的线性约束 方程的系数矩阵是离度稀疏矩阵。 文献 1 0 提如的无功优化算法，以鼹损翻投资综合效益最小为目标丞数，算 法中没有严格区分控制变量和状态变量，它逶过线性纯潮流平衡方程来得到控制 变量增量和状态变量增量的等式约束关系，但没有用这个等式关系来消去状态量， 所以它可以省去为得到灵敏度矩阵而进行的离阶求逆运算。算法还利用了分解技 术，给出了相对合理边要条件的处理方法和大系统具体分块计算方法，给凄了防 止振荡、加速收敛的措施，处理了大系统初始无功分布不合理的情况。 1 9 8 4 年，k a r m a r k a r 提出了求解线性规划的多项式时间算法一投影尺度法 川 之后，内点法以其较少的计算时阗和较强的求解大规模闯题的能力立即引起了人 们的关注。与单纯形法沿着可行域边界移动寻优不同，k a r m a r k a r 最初的算法是 建立在线性规划问题的单纯形结构上的，它从初始内点出发，沿着最速下降方向， 从可行域内部直接迮向最优解，因此，k a r m a r k a r 算法也被称为内点法。随后， 4 华北电力大学工程硕士专业学位论文 又有学者提出了可以直接解标准形式线性规划的仿射尺度法及其变形：对偶仿射 尺度法和原一对偶仿射尺度法。 文献 1 2 采用原对偶内点法求解带有模糊运行约束的无功优化问题，详细 推导带有模糊安全约束裕度的逐次二次规划数学模型。带有模糊约束的逐次二次 规划内点法可以实现在满足电压安全约束下的嬲损最小，其网损的损失很小，焉 优化后的电压合格裕度却有较大的增加。 文献 1 3 3 以有功网损及电压水平为目标，用原对偶内点法进行全局寻优，用 完全分枝定界法及应用了启发经验的简化分枝定界法进行离散量归整。简囊二分棱 定界法的收敛性与收敛速度较完全分枝定界法有所改进，但随着系统飙模的增加， 计算时间增长很快。 线性规划法无法反映变压器分接头变化以及电容器组、电抗器投切的离散特 性，逶常是先把离散变量当俸连续变量处理，优化结束纛，再对这些变量进行归 整计算。它在进行无功优化时存在如下缺点： 对无功优化模型中的目标函数进行线性化时，会给最优解的取得带来一定误 茎 z o 在线性逼近的求解过程中，若步长取得过大，则可熊弓l 发振荡，步长太小， 又容易使收敛变慢。 3 、混合整数规划法 混合整数规划法的原理就是先确定整数变量，再与线性规划法协调来处理连 续变量、它解决了前述方法中没有解决的离散变量的精确处理问题，其数学模型 也比较准确的体现了无功优化实际，但是这种分两步优化的方法削弱了它的总体 最撬饿，圊时在闯题的求解过程中常常发生振荡发散，耨且它的计算过程十分复 杂，计算量大，使这种方法难以得到进一步的推广应用。 文献 1 4 以网损增量最小为目标函数，把全网电压作为控制变量，采用 d a n t z i g - - w o l f e 分解法根据电压控制中心将无功优化阀题的网架结构分解为多 个相对独立的子电网，各个子电网又分解成若干子块。各个子电网用单纯形法求 解，协调各个子网的行为，求取综合最优解。算法运用上限技术来处理约束变量， 降低了求解规模，减少了计算时间。 文献【1 5 结合b e n d e r s 分解技术，采用混合整数规划法来求解无功德纯问题， 将混合规划法分解成整数规划和线性规划两个子问题，减小了求解规模，在计算 灵敏度系数矩阵时，由于采用分块矩阵求逆法，大大节省了计算时间。另外，该 算法通过步长折半迭代，减小了振荡。 以上应用于无功优化的线性规划法、非线性规划法、混合整数规划法，虽然 不少学者作了大量研究工作，并在电力系统无功优化中取得了较好的成果，但普 遍存在两方面的局限性： 5 华北电力大学工程硕士专业学位论文 由于现代电力系统规模越来越大，控制变量越来越多，其解空间是多维、复 杂的，而这些方法均是从一个初始解开始寻优能否实现全局最优而非局部最优， 就和初始点的选取密切相关。初始点位置的选取直接影响优化结果，所以只有接 近优化域的初始点才有可能接近最优解，否则就会落入局部优化域中。 无功优化问题是既有连续变量又有离散变量的混合优化问题，而以上方法一 般要求连续、可微或非线性，不能实现连续变量和离散变量的精确处理，因而用 于有离散变量的无功优化问题，其结果将有较大误差。 4 、人工智能方法 对于解决前面几种方法存在的两个共同的局限性，人们逐渐把人工智能方法 运用到无功优化这一研究领域，其中模拟退火法和遗传算法是处理这一问题的好 方法。 模拟退火法是一种随机搜索方法，它模拟了金属溶液冷却或退火过程，即退 火过程中能量逐渐减小，而退火结束后，金属的能量最小。但其参数( 如温度t 的 初始值设置、退火速度以及温度管理问题) 的选取比较麻烦。为了使最终解尽可能 接近全局最优，退火过程不能太快，但这又使算法的计算时问加长。 + 文献 1 6 ， 1 7 正是使用模拟退火法进行无功优化的研究，它们很好的处理 了优化计算中离散变量和连续变量共存的现象，但只考虑了无功源的配置而未对 发电机电压及变压器分接头位置进行处理。 遗传算法是近年来发展起来的一种模拟生物进化过程的全局优化算法。与传 统算法相比，该算法简单，对目标函数不要求可导、可微，且能方便的处理离散 变量和获得全局最优解等优点。因此遗传算法被广泛地应用于机器学习，人工神 经网络，函数优化等许多领域。在当前电力系统中，基于遗传算法的无功优化研 究( 1 8 ，1 9 也是一个十分热门的课题。 文献( 2 0 提出了一种应用于电力系统无功规划优化问题的改进遗传算法。该 算法采用十进制整数与实数混合的编码方式，在选择算子中使用最优保存策略， 并对群体规模的选取加以改进。为了使解更快进入可行解域，作者提出了利用专 家知识辅助搜寻可行解，并提出罚因子的自适应调整，大大加快了算法的收敛性。 文献 1 2 t 在处理无功优化问题时，以网损最小为目标函数，采用实数编码的 遗传算法。为了加强事故校正能力，提出了控制变量柔性指标。当群体适应值的 标准偏差小于允许值时，表明已接近全局最优，所有个体适应值和最优个体差不 多，所以可以用前代最优个体的状态变量和当前个体的控制变量来计算适应值， 省去精确潮流计算，减少计算时间。 文献 2 2 ) 采用改进的整数编码遗传算法来处理无功补偿规划问题。对种群进 行整数编码，并对交叉操作和变异操作做了相应的改进。同时考虑多目标函数： 越限约束条件数目、无功补偿费用和电压越限情况，采用组合优化方法进行处理。 6 华北电力大学工程硕士专业学位论文 该算法不仅适合规划优化闽题同时适合运行优亿闯题。 由此可见，基于遗传算法的无功优纯方法有许多优良的特性，能缀好的处理 离散变量，具有较好的全局搜索能力，但是遗传算法有时由于过早成熟的现象而 陷入局部最优解，因此基于生物原理的免疫系统( 2 6 被引入到遗传算法中，形成 免疫遗传算法。免疫系统是生物体的一个高度进曩二、复杂的功能系统，它能自适 应地识别和排除侵入机体的病毒，并且具有学习、记忆和自适应调节能力，维护 机体内环境的稳定。人们把生物学上的免疫系统机理结合到遗传算法中，在各个 工程领域进行了崭叛的研究。 文献 2 7 通过利用浓度调节和种群调节机制提出一种新的免疫遗传算法。所 有个体构成一个抗体群，利用浓度调节机制调整种群中个体的多样性，利用种群 调节机制获褥个体多样性和算法的群体收敛性闻的动态平衡。本算法被用来解决 频率分配及其参数调整的影响润题。 文献( 2 8 通过在遗传算法中附加计算亲和性、期望值、构造记忆单元等优化 步骤形成免疫遗传算法，并把它应用到电力系统电网规划，结果表明免疫遗传算 法在全局寻优的性能方匿要优越予遗传算法。 文献 2 9 ) 将抗体更新机制引入遗传算法，从而保证种群的多样性，有效地防 止了遗传操作中的早期收敛。对遗传子进行分段编码以对应多值染色体，进而克 服了传统遗传算法只能对二值染色体进行操作的缺陷。 在利用前面提到的各种方法解决无功优化闯题时，各有其皇身的优缺点，可 以根据需要选择不同的优化方法。在本文中，考虑到遗传算法具备诸多优良特性， 并且现在处于探索阶段的免疫算法在寻优问题的求解方面有很大的发展前景，因 此本文研究免疫系统和遗传算法有机结合，形成免疫遗传算法，并把它应用于地 区电网的无功优化问题。 1 3 论文的主要工作 本文针对目前困内外对无功优化算法的研究现状，逶过分考亍比较，提出采用 一种以中国版b p a 与基于免疫遗传算法的无功优化程序为工具，根据 砺一) a q = 0姒妇识5 以雠) ( 4 - 2 ) l 阢曲一阢似哦曲) 阻一q f 一船 q f 一) 矗q - 0 缎妇q 墨2 一) ( 4 - 3 ) i q 曲一姥 船 孛 的有关条款： 3 。7 条按照电网结构及负荷性质，合理选择各级电聪网络中升压和降压变压 器分接开关酶调压范围和调压方式。毫霹孛鼹各级主交压器，至少皮具有一缀有 载调雕能力，需要时可选用两级有载调压变压器。最低运行电压不应影响电力系 统同步稳定、电压稳定、厂用电的正常使用及下一级电压的调节。 4 。2 3 条发毫厂和2 2 0 ( 3 3 0 ) k v 交电新的熏l o - - - 3 5 k v 母线：正常运行方式时， 电压兔许偏差秀相应系统额定电压的一3 + 7 。 5 8 条l o k v 配电线路上宜配置高压并联电容器，或者在配电变压器低压侧配 置低难并联电容器。电容器的安装容量不宣过大，一般约魏线路配电变莲器总容 量酶0 0 5 0 t 0 ，并且在线路最小负荷时，不应淘变电所倒送无功。如配置容量 过大，则必须装设自动投切装鼹。 8 9 条变压器分接开关调臌范围应经调压计算确定。无励磁调压变压器一般 酉选圭2 2 5 ( 1 0 k v 嚣电交莲器秀骚) 。对于有载调莲变压器，6 3 k y 及以上电 压等级的，宣选8 ( 王2 5 1 5 ) ；负荷中心地区发电厂的升压交压器，其高压 侧分接开关的调压范围应适当下降2 5 5 0 ；位于系统送端发电厂附近降压变 电所的变蘧器，其离压侧调压范围应适当上移2 。5 - - - 5 。 6 2 通辽地区电网2 0 10 年无功优化计算中的几点说明 差、巍予逶辽电鼯6 6 k v 系统为开环或放射型运行方式，依据无功配置分层分区 就地平衡的原爨l l ，可按照2 2 0 k v 变电所进行等值分剐进行优化计算，馘简化计算 工作壁，且计算结果不受影响。按此规定，遴辽电网6 6 k v 无功规划优化分成宝龙 出、蛰旗卡、河西、霍棒河、开鲁、鲁北、奈曼、通辽、右中等九个子系统分别 进行。 2 、2 0 1 0 年规划方案中已有的主变、线路参数采用实际值，数据由通辽电网提 供；新增的变电所、线路或增瓣变电所依据十一五规划中的相关原则与数据，按 照经典值计算有关参数。 3 、计算所需负蘅数据取自十一五规划书所提供的预测负荷数据；对于没有提 供2 0 1 0 年负荷预测数据变电站，有功功率按照主变容量的6 0 考虑，负荷功率因 华北电力大学工程硕士专业学位论文 数按照o 9 考虑。 4 、通辽电网2 2 0 k v 有载变压器变眈按照实际配置确定，6 6 k v 有载变压器抽头 变比取：6 6k v 8 1 2 5 1 l k v ，无载变压器抽头变比取：6 6 k v 2 2 5 1 1 k v ； 在优化计算中，初始状态为无功补偿未投入、各主变分接头均置于中间位置，由 于没有提供有载、光载交压器的情况，计算中均假设力有载调压变压器，变压器 抽头交比范围取：6 6 k v 8 1 2 5 1 l k v 。 5 、无功补偿装置安装在6 6 k v 变电所的l o k v 母线侧，优化计算的上限值一般 按照主变容量2 0 考虑，特殊情况按照提高替偿上限值，下限取o 。 6 、通辽电网无功规划目标确定为系统有功网损最小，电压限定冒标根据通辽 电网实际运行要求制定，6 6 k v 母线电压6 4 0 2k v 二7 0 6 2k v ，霍林河地区6 4 0 2 k v 二6 7 4 1 k v ，l o k v 母线电压限定为l o k v - - 1 0 7 k v 。 ? 、出于优蠢二中所采用的数据为预测值，丽系统静运行方式有许多不确定因素， 诸如变压器的型号与容量、导线的型号尚未确定，这些未知参数的确定依据是“远 景规划一中的有关规划原则。 华北电力大学工程矮士专业学位论文 第七章通辽地区电网2 0 1 0 年无功优化计算分析 根据通辽电网“十一五 规划及2 0 2 0 年远景目标( 以下简称“远景规划) 中所提供的有关规划方案与负荷潮流预测数据，对2 0 1 0 年通辽电网6 6 k v 城网与 农网的无功补偿规划部分进行了优化计算，确定了各6 6 k v 变电站的最佳无功补偿 容量与各主变分接头的档位配置，并对网损与电压情况进行了优化翦后的分柝比 较。无功优化所采用的工具为中国版b p a 与独自开发的基于免疫遗传算法的无功 优化程序。 按照所制定的有关原则，以下就宝龙出、甘旗卡、河西、霍林河、开鲁、鲁北、 奈曼、通辽、右中九个系统分别进程优化。 7 1 各系统2 0 1 0 年无功优化计算 经过优化计算确定了各系统的最佳无功补偿量和补偿位置、各主交最佳分接头 档位( 见下表) 。各系统的正序阻抗图、优化前后各节点电压对比、优化前后系统 网损及出力对比分别见附录相应图表。 表7 。l l 优化计算所确定的各系统的无功补偿量 主变容量预测负荷 预测负荷 无功补偿占主变容量 节点号节点名 ( 1 l v a )有功( 姗)无功( w a r )容量( w a r )比例( ) 宝龙由系统优化诗算所确定匏无功补偿量 0 5 宝龙山 2 2 38 6 02 o o2 1 59 6 4 0 7 哈日予吐 6 3 02 6 0o 5 0o 4 97 7 8 0 9 自兴士 2 0 o o1 4 00 4 0o 。3 31 6 5 1 1 高林屯 4 o o1 o o0 3 0o 1 53 7 5 1 3 纸浆厂 王2 6 07 0 0羔7 0oo 1 5 钢厂 2 0 0 01 0 4 02 7 0oo 1 7 保康 2 0 o ol o 5 02 5 042 0 o o 1 9 城南 王o o o4 5 0王。王0oo 2 1 代力吉 1 2 6 02 6 0o 5 02 5 22 0 o o 2 5 七裸树 2 0 0王0 00 7 00 42 e 0 0 2 7 协代 2 0 01 o oo 3 02 0 o o 2 9 努日木 4 0 01 3 0o 4 0o 82 0 o o 甘簇卡系统优化计算所确定的无功补偻量 0 5 满斗 4 0 0o 7 00 1 0oo 0 7 城南 3 0 o o2 1 0 04 9 05 0 91 6 9 7 0 9 城北 l o 。3 09 9 02 3 0oo 1 1 常胜 2 0 0o 7 0o 1 000 1 3 龋簸敖 3 。王52 。2 0e 。5 e0o 牮惩电力丈学工程硬圭专踅学德论文 1 5 海颠改 4 。o 7 00 1 0oo 1 7 阿古拉 s 1 51 o oo 。3 0oo 1 9 吉尔嘎郎 5 1 _ 53 5 0o 3 0oo 2 1阿都沁 5 1 51 o oo 3 00o 2 4 巴胡塔 5 1 53 5 0o 8 01 0 32 0 o o 2 6衙门营子6 3 0 3 5 0 o 8 01 2 62 0 0 0 2 8 赣鲁图 2 。0 为o 。王ooo 河藤系统优纯计算所确定的无功李 偿量 0 5 胜利 4 0 。2 4 1 1 6 08 。52 0 1 3 0 7 河西 4 0 0 02 4 o o1 1 6 08 0 42 0 1 0 1 0开发3 6 3 0 03 7 8 01 8 3 01 2 6 62 0 1 0 1 1 尼罗 3 1 5 01 8 9 09 2 06 3 3 2 0 1 0 1 3建国 4 0 o o2 6 0 0 6 o o 8 0 8 2 0 2 0 1 5高家街6 3 o o3 7 8 01 8 3 01 2 6 62 0 1 0 1 7金家窑6 3 06 5 01 鞠o0 1 9 莫力庙 2 0 1 2 。5 8 0毒0 22 0 1 0 2 1 东富 5 1 54 粥1 2 0oo 霍林河系统优化计算黟：确定的无功补偿量 0 5 城东 2 0 0 02 8 0o 6 0oo 0 7滨河 2 6 3 07 1 01 6 01 2 84 8 7 0 9新源6 3 0 08 8 0 2 1 0 2 33 6 5 1 1开发26 3 o o 7 1 0 1 6 01 2 84 8 7 1 3珠南1 0 5 1 勰1 3 71 3 1 5城南2 0 5 霭薹3 0王5 + 3 5 1 7 东邦 4 0 2 2 5 。3 4 3 51 0 8 8 1 9南工2 0 o o9 5 02 2 01 9 89 9 0 2 1 南露天 2 0 0 09 5 02 2 02 9 l1 4 5 5 2 3 城西 2 0 0 05 71 31 0 75 3 5 2 5北露天2 0 0 09 52 22 4 51 2 2 5 开鲁系统优化计算所确定的无功补偿量 0 5 渍河 8 0 i o1 王o0 。约o 1 2l 。5 9 0 8 黑龙壤 5 1 54 1 00 9 00 9 41 8 2 5 1 0 吉林堡 6 3 05 9 g1 4 01 2 21 9 3 7 1 3义和 5 1 51 4 0o 3 00 3 4 6 6 0 1 4 大榆树 9 4 5 7 4 01 7 0 1 8 92 0 o o 1 7沙日乃 3 1 5 2 8 00 6 00 6 52 0 6 3 1 9绍根5 o o2 8 00 6 0o 3 77 4 0 2 1城北 2 0 0 0 1 5 0 0 3 0 0 o 2 3交力格 3 。1 5 2 8 0 o 6 0 0 5 71 8 1 0 2 7 三操树5 1 5 薹。4 o 。3王。0 32 0 0 0 2 8 小街基 9 4 57 4l 。8薹8 9 2 0 华就电力大学工程硕士专业学彼论文 2 9建华 6 。3 07 4l 。8l 。1 4 1 8 。l o 3 1北清河5 1 5 1 4o 3 o 6 21 2 0 4 3 3城镇 1 6 3 01 5 王3 5 2 7 51 6 8 7 3 5东风4 9 5 4 41 o 9 92 0 0 0 3 7辽河9 4 5 1 3 6 3 21 8 92 0 o o 3 9幸福5 1 51 4o 31 0 32 0 鲁北系统优化计算所确定的无功补偿量 0 5 查布嘎图 6 3 02 8 00 6 0oo 0 7 乌力吉 2 。o o0 9 00 3 0o0 0 9 鲁南 1 0 o o3 0 0o 6 00 0 1 1 香出 4 。9 55 1 0王4 01 0 0 2 0 2 0 1 3 巴彦塔拉 6 3 01 6 0o 3 0o 3 0 4 7 6 1 5 巨里黑 3 1 5 4 3 0 o 9 0 o0 1 7格耳朝鲁 3 。王5 l 。5 00 3 0oo 1 9嘎海图6 3 03 2 0o 7 00 9 01 4 2 9 2 1陛雅尔图6 3 02 的o 。6 01 2 01 9 晒 2 3阿日昆都冷2 o oo 9 0o 3 00 。43 0 0 0 2 5 敖林大 3 1 5o 9 0o 3 0o 1 01 2 7 0 2 9 黄华灰 1 0 6 王。4 00q 3 1 鲁杰 3 1 51 1 0o 3 00o 3 3 鲁j 幺2 0 。1 2 o o 5 2 04 1 02 0 5 0 奈曼系统优化计算所确定的无功补偿量 0 6新镇5 1 5 1 o o 0 1 0o 0 0 8自音瑟9 钙王3 o 3 0o o 0 9章古台5 1 53 8 00 8o 2 14 0 8 1 2 岛兰尔格 1 0 0