（电力系统及其自动化专业论文）基于多agent的地区电压无功控制.pdfVIP

图的多区图为制定控制策略的基本依据。同时，本文在所提出的新控制方式 下，对地区电网建立了属于自己的控制与协调规则，并对系统中常出现的三 种典型非正常运行情况进行了分析和处理。最后，通过对修改后具有分区特 点的i e e e l 4 节点进行数字仿真，验证了这一运行模式的有效性及优越性。 关键词 地区电网；电压无功控制；控制方式；多a g e n t 系统 v o l t a g ea n dr e a c t i v ep o w e rc o n t r o l i n t h e r e g i o n a la r e ab a s e d o nm u l t i a g e n ts y s t e m d e p a r t m e n to fe l e c t r i ce n g i n e e r i n gs i c h u a nu n i v e r s i t y t u t o rl i uj u n y o n g v 0 1 v a ro p t i m i z a t i o nc o n t r o li sa ni m p o r t a n tm e a s u r et h a tc a ug u a r a n t e et h e q u a l i t yo fp o w e ra n dk e e p st h en o r m a ll e v e lo ft h es y s t e m sv o l t a g e t h em a i n r e s e a r c hc o n t e n to ft h i sm e a s u r ec o n t a i n st w ok i n d so ft h i n g ：p r o g r a m m i n ga n d o p t i m i z a t i o n c o n t r 0 1 t h i sp a p e rf o l l o w st h ep r o g r e s s i v es t e p so ft i m e sa n dt h ef a s td e v e l o p m e n to f s c i e n c ea n dt e c h n o l o g y , a n du n d e rt h ep r e c o n d i t i o no ft h ep o w e rn e t w o r kg e t t i n g n e w e ra n dc l o s e rr e l a t i o n s h i p w h i c hh a sd e c i d e dt od i s c u s st h el a t e rp r o b l e m ：h o w t oc h o o s et h er e a s o n a b l ea n de f f i c i e n tc o n t r o lm o d eo fv 0 1 v a rc o n t r 0 1 i na l l u s i o nt ot h et h r e e l e v e ls t r u c t u r eo fv 0 1 v a rc o n t r o lt h a ti sa c c e p t e dw i d e l y a tp r e s e n t t h i sp a p e rp r o p o s e san e wc o n t r o lm o d et h a tj u s th a st w o - l e v e ls t r u c t u r e t h er e a s o n so fp r o p o s a la r e ：o n ei st h a ti tc a nr e d u c eo ra v o i db a de f f e c tw h i c hi s b r o u g h tb ym u l t i l e v e l 。s u c h a ss c a n td a t a ，f u z z ym e s s a g e ，i m p r o p e rc o n t r o l m e a s u r e sp r o d u c e db ym u l t i l e v e lc o n t r o la n ds oo n ；t w oi st h a tb a s eo nt h e c h a r a c t e r i s t i co fd i v i s i o n a lc o n t r o li nn a t i o n sp o w e rn e t w o r k ，w ec a nu s ed i r e c t a n dd i s t r i b u t e dm e t h o dt oc o n t r o lv 0 1 v a rt h r o u g ht h er e g i o n a la r e ap o w e rs y s t e m 。 w h i c hc a ne f f i c i e n t l yr e d u c et h ec o n c e n t r a t e dc o n t r o l sr e s o u r c e ；t h r e ei st h a t t h e r ea r em o r ea s c e n d a n tt h e o r i e sa p p e a r i n gl i k et h et e c h n o l o g yo fm u l t i a g e n t s y s t e m 。w h i c hc a na c c o r dw i t ha c t u a le n v i r o n m e n to fp o w e rs y s t e mb e t t e r b a s e do nt h ea b o v e m e n t i o n e dp o i n t s ，t h i sp a p e rh a sp r o p o s e dt h et w o l e v e l m a n a g e m e n tm o d et h a tt a k e sr e g i o n a la r e ap o w e rs y s t e ma sa na g e n t u n d e rt h i s c o n t r o lm o d e 。t h er e g i o n a la r e an o to n l yc a nc o n t r o lv 0 1 v a ta tt h ef i r s tt i m e ，b u t a l s oc a nu s ea g e n t si n t e l l i g e n tt r a i t ss u c ha ss o c i a l i t y , c o o p e r a t i o n 。a n da u t o n o m y a n ds oo nt oc o m m u n i c a t ew i t he a c ho t h e r f r o mt h i sc o n t r o l ，w ec a nt a k et h e i n f l u e n c et h a tw a si g n o r e di nt h ep a s tb u tc a l l tb ei g n o r e dr i g h tn o wi nt h ep o w e r s y s t e mi n t oa c c o u n t a n dt h e n 。t h i sp a p e rs u m m a r i z et h em e t h o do fc o n s t i t u t ec o n t r o ls t r a t e g i e so f v 0 1 v a rc o n t r o li nt h er e g i o n a la r e a i no r d e rt o d i s p l a yt h es u p e r i o r i t yo ft h e c h o s e nc o n t r o lm o d e 。w ej u s tu s em u l t i - a r e a f i g u r et h a tb a s e so nt r a d i t i o n a l n i n e a r e af i g u r ef o rt h eb a s i s a tt h es a m et i m e 。t h i sp a p e rn o to n l yh a sd r a w nu pa s e r i e so fr u l ef o rt h ev 0 1 v a rc o n t r o la n d c o o p e r a t i o n ，b u ta l s oa n a l y z e da n dd e l e d w i t ht h et h r e et y p i c a la b n o r m i t ys i t u a t i o n st h a to f t e nh a p p e ni nt h ep o w e r - n e t w o r k a tl a s t ，t h em o d i f i e di e e e1 4 一b u s 。w h i c hh a sd i v i s i o n a lt r a i t 。h a st ob ev a l i d a t e di n t h i sp a p e r t h er e s u l to fs i m u l a t i o nt e s ts h o w st h ev a l i d i t yo ft h en e wc o n t r o l m o d e k e yw o r d s p o w e r n e t w o r k o f r e g i o n a l a r e a ； v o l t a g ea n dr e a c t i v ep o w e rc o n t r o l ( v o l j v a rc o n u e o ； c o n t r o lm o d e ；m u l t i - a g e n ts y s t e m 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 0 3 第一章绪论 电，是人类步入更加文明、光明的时代的重要标志之一自改革开放以 来，我国电力事业取得了长足进步，电已逐渐成为人类生产、生活不可缺少 的一部分。如何充分、可靠、合理地保证电的生产、传输、配用是电力系统 至始至终所面临的问题，而这些问题也将随着时间的推移，科技的发达逐渐 变得多样化和复杂化。但无论如何，电的合理性、经济性、安全性始终是整 个电力系统运行与发展过程中所围绕的目标，区别仅在于不同文化地区的人 们对用电的侧重点不一样，如国外的电力系统可能会根据自身发展和需求的 情况将“经济性”放在第一位，而在国内会始终把“安全性”放在首位 1 1 电压无功控制的意义 电，在给人类带来无限生机的同时也隐藏着“杀机”，自本世纪6 0 年代 以来，大大小小的电力事故已让人应接不暇。较近的一次美加大停电事故 ( 2 0 0 3 年8 月1 4 日) 再次给我们敲响了警钟，国内电力部门一方面总结前 者的经验教训，另一方面继续以“电网调度管理条例”、“电网安全稳定条例” 等做法律保障，以“安全”为首要任务，确保电力运行的可靠性和安全性。 分析引发这些电力事故的原因，我们得知除自然灾害或电力设备老化等 客观因素之外，就是人为因素，如在系统运行条件突变时没有及时的调整措 施。由于大多客观因素是人们不能避免或改变的，因此减少或避免人为因素 所引起的电力事故对提高整个电力系统的可靠安全运行有着重要作用。 同时，我们通过对电力系统运行状况的分析了解和对电力事故的剖析， 可以清楚看到保证系统运行中无功的充足、电压的稳定及其可控性是维系电 力系统可靠稳定运行的充分必要条件。而电力系统中的电压无功优化控制正 是研究此方面的一项重要措施，它所做的工作即是在保证满足系统运行约束 的同时，用尽量少的无功投入最大限度地改善电压质量，其研究的内容主要 包括两大类：规划问题和运行优化与控制问题，如图l - i 所示。其中规划问 题主要负责对无功补偿设备的最优安装位置、类型和容量的计算，以节省投 资费用为目的：运行优化与控制问题是在无功补偿设备配置已定的情况下， 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 6 ) 根据实际负荷的变化来确定无功补偿设备的投切方案，从而使得在满足电压 质量要求的情况下实现一定的控制目标，如网损最小或运行费用最小等。 图1 - 1 电压无功优化控制研究内容示意图 本文着重研讨后者电压无功的优化控制问题，原因如下：首先，在 现代大电网中，随着电力系统联网容量的增大和输电电压等级的提高，输电 功率的变化和高压线路的投切都将会引起很大的无功功率变化，系统对无功 功率和电压的调节控制能力的要求越来越高。 其次，由于受电力市场化变革的影响以及来自环境、经济和技术方面的 制约，为能充分利用系统资源，现代电网的运行状态越来越接近其极限，这 使得电网缺乏灵活的调节能力，特别是在某些紧急运行情况下，电网显得更 加脆弱，研究电压无功优化控制可以更好地实现对系统资源的充分利用和合 理配置。同时，电压是衡量电能质量的一个重要指标，保证用户处的电压接 近额定值不仅是电力系统运行调整的基本任务之一，还是当前国内整个电力 系统向着电力市场化、经济化迈进的一大尝试。研究电压无功优化控制正适 合了时代的发展与需求。 再则，电压无功控制中的无功补偿是保证电力系统电压质量、降低网络 损耗以及安全运行不可缺少的调节手段。无功功率的平衡直接决定于系统电 压的运行水平，系统无功功率分布的合理与否会直接影响到电力系统的安全 和稳定，并与经济效益直接挂钩。无功平衡不但可以降低线路的压降，提高 功率因数和设备的利用率，而且还可以有效地降低网损、保证电压质量、预 防事故发生或防止事故的扩大，对提高电力系统运行的经济性、安全性和稳 定性都有着重要的作用。 最后，我们了解自本世纪六十年代以来，世界范围内发生的多起电压失 2 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 6 ) 稳及电压崩溃的重大或特大事故已对社会造成了严重的影响和非常巨大的经 济损失，如何能够有效地防止电压崩溃事故发生，更好地进行电压无功控制 已引起众多国家电力部门的高度重视。因此，电压无功的控制研究无论在理 论上还是在实际运用中都具有非常重要的意义。 1 2 电压无功控制的发展现状 电压无功控制在电力系统中的发展已有相当一段时间【1 4 3 1 。在早期的电 压无功控制研究中，主要是针对地理位置分散的变电站而言，控制对象主要 为站内的有载调压变压器和并联电容器组。而后随着电网的发展，电压无功 控制问题也变得更加复杂化，调控的对象和方法也增加了许多，如通过改变 线路参数来实现无功补偿，或是改变发电机的无功出力等。但无论如何，利 用变电站来进行对电压无功的控制仍是目前较为主要的途径和手段以下就 其发展状况的两大方面进行阐述：制定控制策略的方法以及控制方式的选择。 1 2 1 制定电压无功控制策略的方法研究 在变电站电压无功控制研究的很长一段时间里，大多学者是将重点放在 如何制定合理的控制策略这一方面的，通过大量的理论研究分析和实践应用， 制定控制策略的方法从单一化也发展得较为全面了，我们按照其发展顺序将 较为经典的制定控制策略方法归纳如下： 1 ) 通过判断电压或功率因数值 1 4 j s 此方法制定的控制策略是根据电压或功率因数值的高低而做出的相应调 整措施。由于简单易行，仅通过判定相应数值的大小是否合乎运行要求， 来对变压器分接头的升降或电容器组的投切做出判断，应用于早期的电 压无功调节。同时，此调节方法也有很多不足之处，如在控制中未将设 备调节的相互影响加以考虑，当调节分接头时欠考虑对无功大小的影响， 当投切并联电容器组时未考虑分接头调节作用，调节效果一般偏差。 2 ) 按照九区图判断制定 九区图法是将电压和无功两个控制变量共同加以考虑的一种控制方法。 它通过对电压上下限和无功上下限的划分，对九个区域制定相应的控制 3 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 6 1 策略，如图卜2 ( a ) 。 同时，此方法在随着实践经验的丰富以及相关学者深入地研究而变得多 样化和更加合理适用。很多基于此传统九区图衍生的多区多样图就是它 的演变，文章将其具有代表的分为如下三类：一是从“九区”向“多区”， 从“平面”到“立体”发展的，二是将边界模糊化的，三是将参考系改 变的，分别如图i - 2 ( b ) 、( c ) 、( d ) 所示。 u u l l23 405 678 图i - 2 ( a ) 传统九区图 图l - 2 ( c ) 模糊边界的 改进九区图 u l l l 23 1 405 67 ：8 ： - 毯 改进躯图 c o s 巾 图1 - 2 ( d ) 基于动作划 分的五区图 q 其中，图卜2 ( a ) 是传统意义上的九区图，在它每个区域都有相对应的 控制措施：0 区为不动作区，其他各区均为需要调整区域。通过此方法 制定的控制措施简单明了，勿需繁杂的计算公式，但所用九区图是基于 固定“一e o s 妒的上下限值，并未考虑无功调节对电压的影响及其相互协调 关系，同时分析的信息具有分散、随机性，所得控制策略存在一定的盲 目性和不确定性： 4 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 6 ) 图卜2 ( b ) 是基于传统九区图改进的一类多区图，如研究的十三区图、 十七区图等等【1 ”6 1 。将九区改为多区的原因在于传统分区的简单化以及 不能细致地处理控制变量在边界上变化时所对应的控制措施。 虽然此类多区图可以将控制问题考虑得更加具体，但划分多个区域的依 据还有待进一步探讨，同时它所制定的控制策略也有可能造成设备的频 繁动作。鉴于能将设备的动作次数规定在一定范围之内，以此类多区图 为基本控制原理制定控制策略的方法，还衍生出与其他技术相结合来共 同进行判定的方法，如将对负荷的预测纳入参考范围1 1 7 , 1 8 ，以减少设备 不必要的重复动作；此外，还有将高压侧母线电压的上下限加以考虑而 形成的双九区图【1 训，这种方法的提出改变了传统。平面”九区图制定控 制策略的思想，把人们的视线引向了更全面、“立体”的理论方面上，值 得进一步的研讨。 图l 2 ( c ) 考虑了改进的多区图这一类不能很好把握分区原则的问题， 在保持较为单一的界限划分前提下，通过将边界模糊化来制定相应的控 制措施伫啦! 2 2 1 ，此外还可将此模糊边界与其他方法相结合来制定控制策略 2 3 , 2 4 7 5 1 。虽然此方法制定出的控制措施也较为合理，但由于模糊化的程 度是有限的，因此制定的控制措施不能全面保证其准确性和有效性同 时，该方法的提出从另一角度反应了电压无功控制研究在结合模糊逻辑 等人工智能方法的这一方面的进步； 图卜2 ( d ) 是在传统九区图划分“一一妒的启示下，将操作设备的动作进 行划分，通过面向动作来进行电压无功的调整 2 6 1 。其中设备划分的动作 包括有载变压器档位的升降、并联电容器组的投切及不动作，共五项， 此方法制定控制措施容易、合理，突破了传统划分九区图的概念，但在 选择参照系时有一定的困难，值得进一步探讨【2 7 】。 3 ) 结合人工智能方法判断制定 人工智能的研究在随着科学技术的飞速进步，计算机网络的普遍应用越 来越得到人们的关注。结合人工智能方法而制定电压无功的控制策略也 是近期才逐渐开始彼人们重视并加以研讨，它具有的智能特性比其他制 定方法有着明显的优越性。 5 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 6 ) 目前人工智能方法中常见的有：人工神经网络、多a g e n t ( 代理) 系统、 模糊逻辑、专家系统、遗传算法等。以下就较为典型的基于人工智能方 法研究的电压无功控制进行归纳： 基于专家系统的电压无功控制 专家系统法属于人工智能中发展较早、较为成熟的一门技术。它能将知 识与知识处理明确分开，便于知识的修改和增删，在对知识修改的同时 不影响推理的过程，只影响推理的结果。它主要由知识库和推理机构组 成，能够根据某个领域的专家提供的特殊领域知识进行推理，模拟人类 专家做出决策。提供具有专家水平的解答口8 】。 专家系统在电力系统的应用十分广泛，在电压无功控制中也有较多的应 用成果 2 9 2 0 , 3 1 皿, 3 3 1 。在电压无功控制领域中，专家系统的典型应用即是将 已有的无功电压控制经验或知识用规则表示出来，形成专家系统的知识 库，进而根据上述规则通过电压无功实时运行数据求解电压调节的控制 手段。虽然专家系统能够解决单纯数值方法难以满足的系统控制问题， 但目前仍存在一些不足之处，如在规模较大、规则较多时完成推理的速 度受到限制，缺乏有效的学习机制，对付新情况的能力有限等等。 基于模糊控制的电压无功控制 模糊控制法能有效地解决受多因素影响，难用精确数学模型描述的复杂 控制问题。该方法通过模糊隶属毒函数，将控制变量等数据模糊化处理， 依据模糊控制原理制定控制规则。 在电压无功控制领域中，它通过将无功边界模糊化，在补偿效果不变的 情况下有效保持了电压稳定，减少了设备调节次数。但此方法仍有待改 进的地方，如信息简单的模糊处理将导致系统控制精度的降低，缺乏系 统的设计，难以定义精确的控制目标等 2 8 1 。 基于神经网络的电压无功控制 人工神经网络( a n n ) 是模拟人类传递和处理信息的基本特性，有人工仿 制大量简单的神经元并以一定的方式连接而成它具有极强的非线性拟 合能力和自学习能力。 在电压无功控制应用中 3 4 3 5 阋，可利用神经网络技术将相关历史数据输 6 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 6 ) 入无功预测神经网络训练样本集，将符合的预测结果及电压、无功、功 率因数等系统数据处理输入控制决策神经网络，并通过对实际运行状况 的分析输出控制信号。它具有集体运算和自适应学习的能力，有预测性、 指导性和灵活性的特点，能大大减少变压器分接头调节次数，但学习算 法速度一般较慢，训练时间较长，且不易收敛。 基于遗传算法的电压无功控制 遗传算法( g a ) 是一种通过模仿生物遗传和进化过程寻求复杂问题的全 局最优解的搜索和优化方法。在电压无功控制中，它亦是通过模仿生物 遗传和进化过程，对v o c 的最优解进行搜索和优化i 3 h 3 9 1 该算法能够容 易地求解常规化问题并得到最优控制措施，但对于较复杂大型系统时需 花费不少时间对个体进行测试、组合，影响算法的实时性，同时整个算 法需要较强的硬件技术支撑。 基于多a g e n t 系统的电压无功控制 多a g e n t 技术是人工智能最近研究的热点。由于它具有比其他人工智能 不可替代的优越性，因此被广泛应用于各大领域中。该方法是将控制对 象定义为一个个独立但又相互联系的a g e n t ，通过a g e n t 自身的工作能 力及相互协调的特点来共同完成工作。电压无功控制方面，也有不少相 关应用研究1 3 9 - 4 0 - 1 。同时，由于它也是本文所采纳的理论方法，这里就不 做详细介绍，它的概念及特性将在本文的第三章单独进行阐述。 多种智能技术相结合的电压无功控制 多种智能技术的结合运用，可以发挥各自长处，利于合理控制策略的制 定，在计算方面可能影响到速度快慢，需要过硬的软硬件技术支持i 2 a ，3 5 1 。 如文献 3 5 提出的人工神经网络与模糊动态规划相结合的方法，它通过 人工神经网络技术分析得到初始控制方案，对初始方案再进行模糊动态 规划，从而得到合理控制措施。 1 2 2 电压无功控制的控制方式研究 文章前部分综述的是电压无功控制中制定控制策略方法的应用研究的发 展情况。而对于现代电力系统，不断的进步、发展和改善是必然趋势，随着 7 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 6 ) 电网联网数目的增加、容量的增大、结构的复杂，使得各地区的电气关联也 变得更加紧密，单就考虑控制策略的制定是远远不够的。因此，就电压无功 控制的控制方式而言，大致发展情况如下： 在电网技术发展较为迅速，电网结构较为健全的国家或地区中，主要采 用如下两种控制方式1 4 7 ： 一种是基于s c a d a 的电压无功优化控制系统，以德国r w e 电力公司为 代表。它采用两级组织结构，一级在调度控制中心，实时运行于e m s 的最高 层次上，基于s c a d a 系统、状态估计和在线潮流等得出无功最优潮流；二 级在调度运行人员，根据实时无功优化潮流的结果下令调整系统中的发电机 无功发电功率、有载调压变压器的分接头以及并联电容或电抗器组等控制设 备，从而实现运行约束下的网损最小 整个优化控制从上至下，整体一线的控制效果能够较好的保证系统无功 优化运行。但同时由于整个优化控制过程的核心为最优潮流，它本身具有较 多的控制变量，且计算复杂，决策周期也较长，在应用于e m s 的最高层时， 使得它对e m s 的各软硬件环节的运行质量和运行可靠性有较高的要求，所以 调度人员的负担很重，运行可靠性难以保证。 另一种是电压无功优化控制的三级组织结构，以欧洲众多电力公司为代 表。该类控制系统按时间和空间从功能上分成了三个不同等级，即一次、二 次和三次，完整地实现了无功电压的三个控制级别：三级控制协调二级控制， 二级控制协调一级控制，如图1 - 3 所示。 其中一级控制是由发电机、调相机等具有快速反应能力的无功源和就地 的v q c 组成，是一种面向电压安全的快速的自动控制，响应时间很短，控 制时间常数在秒级。这种一次的控制是分散的、自动的，往往是根据电压的 高低而动作，其目的是维持节点电压在一定范围内。 二级控制是由多个分布在电力系统各区域控制中心的相互独立的区域电 压控制器组成，用于平缓较慢、较大的无功变化和电压偏差，控制时间常数 在十几秒到几分钟。而以二级控制为代表的如法国电网 4 8 , 4 9 5 0 1 ，它子1 9 7 9 年 便开始广泛采用二次电压控制，至1 9 9 0 年输电网己包括2 7 个控制区域，共 含有1 0 0 台燃煤或核能火电机组，1 5 0 台水电机组，控制的无功功率为 8 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 6 ) 3 0 0 0 0 m v a r 。 三级控制是以经济和安全准则优化全网的运行状态，对二级控制进行协 调。它以控制中心的e m s 作为决策支持，通过修改区域控制器的整定值来协 调区域控制器的动作，从而实现全局最优控制，控制时间常数在十几分钟到 几小时。而这种控制需要很强的软硬件以及技术支持，因此完全自动控制的 方式尚未实现，例如在法国，三次控制是按国家调度中心电话的要求手动进 行的。 图i - 3 三级电压无功组织结构图 三级电 压控制 二级电 压控制 一级电 压控制 此外，还有一种“软”分级、分区的电压无功优化二级组织结构【5 l l ，它 的一级控制与前述传统的三级组织结构中的并无不同之处，只是将原来的二 级和三级控制采用软件实现，并将其看作一个整体，但实质仍是三级。软件 的实现避免了传统三级组织结构中硬件的巨大投资，克服其固定分级、分区 无法及时反映系统运行方式变化的不足。此种控制方式从理论上讲更加具有 适用性，值得进一步的应用研究。 以上所述的电压无功控制系统能较好地加强系统电压稳定性、降低运行 9 四川大学硕士学位论文但0 0 6 ) 损耗、提高电压质量。但这种以加强系统电压稳定性为目的的实时电压控制 系统要求电网具备较高水平的自动化水平，且硬件投资不菲。同时，它仍存 在不足之处，如没有充分考虑无功源的分散性，只是在全网用一个最优化目 标来指挥不同性质的无功设备，破坏了无功最优化所求解的条件；其次这种 集中式控制系统难于确定一个较为合理的电力系统适应范围。 而就国内的电力系统而言，近几十年的发展速度已相当可见。在电压无 功控制领域中，虽然基于电网全局无功优化计算的实时无功最优控制集安全、 经济于一体，可以保证全网电压质量，实现满足安全性约束条件下的经济性 闭环控制，但在目前国内市级电网中几乎还没有这样控制方式被采用。主要 原因一是由于我国幅员辽阔，电力建设或设备等改造进程不一样，仍普遍存 在电网结构参差不齐的现象；二是由于发展、改建或完善电力系统需要巨大 的人力、物力投资，因此要真正实现和全系统集中式的电压无功优化控制还 有一定的困难。目前国内常见的电网电压无功控制主要是通过地区变电站进 行电压无功控制，并以分区管理形式为特点，控制方式上主要有分散和集中 两种控制方式。 分散的电压无功控制足指各地区通过变电站中的有载调压变压器和并联 电容器组进行的就地电压无功控制。这种控制方式本质上是孤立的，只能对 局部进行电压无功优化与控制，不能很好实现全网目标最优化。同时由于忽 略了地区与地区间，以及设备之间的相互影响，其所采取的控制措施可能对 本地区或设备的运行状态有一定好处，而对系统中其他相邻设备的动态状况 有着不确定的改善因素，并且还可能存在由于控制设备之间无法相互协调而 使系统或各自运行状态恶化的状况。 集中的电压无功控制是通过调度中心统一地对各个变电站的主变分接头 和并联电容器组进行管理控制，从而实现对整个地区的电压无功控制，属于 具有局限性的系统集中控制。它需要系统范围内各节点的电压信息，然后由 调度中心产生控制信号。从理论上讲，这种控制方式是维持系统电压正常， 实现无功优化控制，提高系统运行可靠性和经济性的最佳方案，但在实际运 行中由于需要收集全系统节点的状态变量以及设备运行状态的信息等，从而 对控制的速度及准确性造成了一定的困难，如需要考虑处理信息方式的选择 1 0 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 6 ) 是否合理，验证所搜集的信息是否准确、完整以及是否具有相关的利用价值 等。 此外，除上述两种控制方式，还有一种对二者的折中控制方案电压 无功的协调控制，它结合两者优点，通过分散的就地控制和集中的协调管理 更好地实现电压无功控制，该方式也是目前所关注的热点之一。 综上，通过对电压无功控制发展状况的基本了解，我们对其进行如下的 简要概括：电压无功控制研究中的控制策略制定方法已存在多种，且大部分 都合理可用，在实际运用中可依据不同环境选取各自适合的制定方法来得到 较为合理的控制措施；控制方式主要有集中、分散和协调三种，实际运用中 常见的是前两种，但由于存在一些不足，所以还有待进一步的研讨和改善。 而文中提到的协调控制正是二者折中的一种值得研讨的控制方式。 本文就目前国内电压无功控制情况，针对其控制方式集中的过于粗 略，分散的过于具体，提出了种基于人工智能方法的控制方式多a g e n t 系统的电压无功控制方式，这种方式可较好地弥补当前地区电压无功控制方 式的不足，将区域之间的相互影响加以考虑，并可通过信息交流实现协调控 制，从而减少或避免了设备的重复动作，更好地维护系统安全可靠的运行。 1 3 本文所做的工作 本文就电压无功优化与运行控制的重要性，在计算机网络、通讯等技术 的迅猛发展的前提下，针对目前国内电网分区管理的特点，对地区电压无功 控制提出了一种新的控制方式基于多a g e n t 的地区电压无功协调控制。 为能充分考虑地区与地区之间的相互影响，文章通过改变电压无功控制 实现的方式，将地区电网作为一个个a g e n t ，通过其自治、主动、适应、社 会、交互等智能特性，来实现地区电网与全系统的协调控制，论文完成的主 要工作有： 1 就目前电力系统发展现状，通过对系统实际运行状况的分析和对电力 事故的剖析，结合当前日益增长的用电要求及电力市场发展动向，阐 述了电压无功控制的重要性； 2 就电压无功控制发展的状况，分别从两大方面进行了详细归纳：控制 四j i l 大学硕士学位论文( 2 0 0 6 ) 策略的制定方法发展情况以及控制方式的发展状况； 3 通过图例介绍了调节电压的一般方法。并针对国内电网分区管理的特 点，就地区变电站电压无功控制，通过公式和数字分析了其调整的基 本原理和方法；并对地区电压无功的控制对象、控制目标及控制的关 键因素进行了说明； 4 引入a g e n t 概念，对其基本属性、思维状态属性和运用特点进行详细 阐述； 5 结合多a g e n t 系统，提出了将地区作为a g e n t 进行电压无功控制的新 方案。就该方案提出了协调控制的运行机理，协调规则，并从理论和 示例两方面进行了详细分析和验证，说明其控制的有效性和优越性； 6 就电压无功优化控制问题新的发展方向进行探讨和展望。 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 6 ) 第二章地区电压无功控制的特点 本章就国内地区电网中的电压无功控制分别从其控制的对象，控制目标 以及控制的基本原理这三大方面进行阐述，从而对其控制特点有一定了解。 2 1 控制对象 变电站是集中安装无功功率补偿和调压设备的主要场所。近年来，国内 已研制出多种微机型的变电站无功功率和电压的综合控制装置。地区电网中 的电压无功控制，则主要是通过对变电站的可控设备进行调控来实现的。变 电站中的有载调压变压器和并联电容器组就是负责调节工作的主要设备。 2 2 控制目标 电压无功综合控制的目标是： 1 ) 维持供电电压在规定的范围内； 2 ) 保持电网稳定和无功功率的平衡； 3 ) 在电压合格的前提下使电能损耗最小。 对于系统电压无功优化控制来讲，应在满足系统运行约束条件的同时， 实现系统无功资源的合理分配和优化运用，从而达到改善电压质量、降低网 损的目的，整个控制目标用数学式表达如下： o b j e c t ： r a i n f ( x 1 ，毛，毛) ( 2 1 ) s u b j e c tt o ：g “。屯。毛) = o ( 2 2 ) 。缸s 毛而呱 ( 2 3 ) 屯m 预测分析控制措施调节后对边界节点电压的影响是否在规定范围之 内，如变化范围为2 9 6 。 最后，仅当完全通过以上三项判断条件之后，a g e n t 便执行相应控制措 施此为a g e n t 独立调节情况，反映其自治、反应的特性； 2 ) 当多个地区出现电压运行水平不符时，a g e n t 协商调节完成任务的情 况： 首先，a g e n t 得知本身及其他a g e n t 都有电压越限的状况，其次进行如 下分析判断： 判断自身是否还有调节能力，并确信还有其他a g e n t 具有调节能力； 分析各a g e n t 执行调节控制措施后的相互影响是否不能被忽略，即各 自设备的调节对边界节点电压的改变是否明显或有冲突； 分析当本区a g e n t 不动作时，其他a g e n t 动作后的影响对本区调节是 否存在有利的因素； 最后，仅当以上三项判断条件完全符合时，再比较分析有调节能力的， 且对其他a g e n t 有利影响的各a g e n t 的调节措施( 其中比较的标准可从 经济等方面考虑，依据实际情况不同) ，从而得出有效的，避免多个a g e n t 的重复或多余调整的调节方案此为a g e n t 协商调节情况，反映其交 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 6 ) 互、社会的特性： 3 ) 当一个地区内出现电压运行水平不符，且自身己没有能力调节使之恢 复正常运行情况，a g e n t 协助完成调节任务的情况： 首先，本地a g e n t 已确信无调节能力使之恢复正常运行，其次进行如下 分析判断： 被援助的a g e n t 能够给出使之恢复正常运行的条件，如边界节点电压 需调至1 0 5 p u ； 判断是否存在对本区感兴趣的a g e n t ： 如果以上两项都满足，则s i - a g e n t 首先进行单独协助分析，对协助可行 的a g e n t 按照一定评判标准排列，选取最佳方案；其次，当单独协助均 不成立时，进行多个s i - a g e n t 之间的协商援助分析，直至得出相对合理 调节方案此为多个a g e n t 协作调节情况，进一步反映出社会性及协 作性。 4 3 系统运行流程 通过4 1 和4 2 节的详细论述，我们对基于多a g e n t 系统的地区电压无 功协调控制有了进一步了解，按照系统功能的划分，我们就其三个主要调节 控制：基本控制、当地控制和协调控制的过程通过框图形式分别描述如下： 1 ) 基本控制模块 此模块主要负责地区电网中的基本潮流计算以及灵敏度系数等计算，并 能够通过系统反馈的信息判断、分析系统运行的状态，在系统危机情况 下能闭锁当地控制设备动作。 基本数据的监控及信息发布 当运行数据全部正确 当有不符要求的运行数据时 分析状况的原因及信息发布进行自检恢复 圈4 - 6 基本功能模块 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 6 ) 如图4 - 6 所示，描述了系统运行控制的第一大步。在进行有效、正确的 电压无功控制之前，需要做大量数据的收集和分析工作，并从这些数据 中选出相关控制信息进行实时监控，如电压运行水平、功率因数值等。 当相关运行数据完全符合要求时，系统继续监控；反之则进行分析判断， 若是属于系统运行之外的软硬件问题等，则立即通知并做相应处理，若 不是则进行下一步的调节控制。 2 ) 当地控制模块 此模块主要针对各地区电网对当地运行状况的监控，并在计及相互影响 的前提下在自身能力范围之内进行电压无功调控。 图4 - 7 当地控制模块 图4 - 7 描述的是系统运行控制的第二大步。它与上一步相连接，在系统 运行不符合要求时，首先进行当地控制判断，判断的依据参见4 2 2 节 协调规则的第一类处理情况，仅当符合当地独立控制的要求时，则执行 相应控制措施，否则进行第三步调节控制。 3 ) 协调控制模块 此模块是在各地区电网秉持相互关联、照应的原则下，当出现单个或多 个地区电网无法通过自身的电压控制消除覆盖范围内某节点电压越限 时，各地区电网共同相互协调完成的情况。 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 6 ) 当地控制不能使系统电压完全恢复正常时 相邻a g e n t 收到被援助请求及信息发布 判断相邻a g e n t 是否 可以援助及信息发布 预测协调控制效果符合要求 执行预测方案及信息发布 预测协调结果不符要求，寻另种解决途径 判断另种方案是否 可行及信息发布 预测另一种方案仍不 符条件。寻求其他可 行方案 预测方案控制效果符合要求 执行该方案及信息发布 执行可行方案及信息发布 处理不可行方案及信息发布 圈4 - 8 协调控制模块 如图4 - 8 所示，描述的为系统运行控制的第三大步，它解决的是当地控 制不能较好地完成或根本不能完成的控制问题。当本地a g e n t 调节控制效果 不能达到系统运行要求时，则通过a g e n t 之间相互援助来进行调节这里的 援助分为两种方式：一种是多个a g e n t 共同协商完成，另种是其他a g e n t 援助某个a g e n t ，在保证整体运行状况正常的条件下完成，也即是4 2 2 节第 二、三类所对应的处理情况。 综上图4 _ 6 ，4 7 ，4 - 8 描述了地区a g e n t 电压无功的协调控制过程。在 此，作者还通过对3 1 节a g e n t 思维状态属性的学习了解，将代表地区电网 的a g e n t 进行电压无功协调控制的思维状态变化进行描述，如图4 - 9 所示： 四川大学硕上学位论文( 2 0 0 6 ) 图4 _ 9a g e n t 在电压无功控制中的思维状态结构图 由图4 _ 9 可以看出a g e n t 在地区电压无功控制领域中，思维状态及变化 过程依旧清晰明了，这也是a g e n t 应用于众多领域的原因之一。同时，我们 也可以看到将地区电网作为a g e n t 进行电压无功控制，a g e n t - 1 与a g e n t - 2 可 以既独立又相互联系，弥补了以往地区间相互存在影响，但又联系较为困难 的问题，利于更好地协调地区间的无功平衡，维持电压的正常运行。 4 0 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 6 ) 第五章算例及结果分析 本章将对含有三个地区电网的电力系统进行数字仿真，通过对仿真结果 的分析比较，可以看出新的控制方式具有较强的优越性和实用性。 5 1 准备工作 5 1 1 仿真环境 如图5 i ，采用了经修改的i e e e1 4 节点及其基本数据图中共划分为四 个，分区的依据可参照文献1 7 3 - 7 5 ，其中将前三个区a g e n t l 、2 、3 作为 地区电网，各区的主导节点分别设为：b u s - 6 、b u s 9 、b u s 2 2 ，且各区互为 边界节点的有2 2 、1 2 、1 3 、1 4 节点，并将剩下一区设定为系统供给区。以下 就其基本参数及运行条件一一介绍： 图5 _ t 修改后带有分区的i e e 1 4 节点示意围 4 1 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 6 ) 1 ) 基本参数 各a g e n t 的控制设备基本参数如表5 一l 所示： 表5 - 1 各地区a g e n t 的控制设备基本参数 名称 变