（电力系统及其自动化专业论文）电力系统动态有功功率优化的研究.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得壶量盘堂或其他教育机构 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谢意。 学位论文作者签字日期：韶年粥月c 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解壹量盘堂有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权壹量盘茎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名 狮 ( ，一， 导师签名 签字日期：瓯年南月i 日 签字日期 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 日 月厂u 醍1 ) 年 番扣厶 d 竖型旦塑旦鲤! 型! ! a c k n o w l e d g e m e n t s 1w o u l dl i k et ot h a n kp r o fc h e nk e n m yt u t o rf o r h i ss u p p o r ta n dt h ea d v i c eg i v e nt om e t h r o u g h o u tt h ep o s t - g r a d u a t ep r o g r a ma n de s p e c i a l l yi nt h i sm s e a m h t h a n k sp r o f e s s o rf o ry o u r t i m ea n dt h eo p p o r t u n i t yf o rb e i n go n eo f y o u rg r a d u a t es t u d e n t s ，1w a n tt ot h a n ka l lt e a c h e r sa n d s t u d e n t s ，f o rt h e i rs u p p o r ta n dt h ea d v i c eg i v e nt oc o m p l e t et h i sr e s e a r c hw o r k ie s p e c i a l l yw a n t t ot h a n km yw i f er e g i n aa n dm yd a u g h t e ri l l o n af o rg i v i n gm et h em o t i v a t i o nt op u r s u et h e i r c o n t i n u o u ss u p p o r ti nt h eg o o dt i m e sa n dt h eb a dt i m e s f i n a l l y ，ie s p e c i a l l yw a n tt od e d i c a t et h et h e s i st om ym o t h e r ，i ti sw h ot h a tb r i n g sm eu pd u et o h e rg r e a tk i n d n e s sa n dl o v e r i i c h a p t e rli n t r o d u c t i o n c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n t h i si n t r o d u c t i o nw ep r o v i d et h eo p t i m i z a t i o nm e t h o d st e c h n i q u e sa n dab r i e f s u r v e yo f t h er e c e n t d e v e l o p m e n ti no p t i m i z a t i o ns o l v i n gt e c h n i q u e s 1 1i n t r o d u c t i o n 0 p r i m a lg e n e r a t i o nd i s p a t c hr e p r e s e n t so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tp r o b l e m si np o w e rs y s t e m s e n g i n e e r i n g o p t i m a lg e n e r a t i o nd i s p a t c hs e e k st oa l l o c a t et h er e a la n dr e a c t i v ep o w e rt h r o u 曲t h e p o w e rs y s t e mo b t a i n i n ga no p t i m a lo p e r a t i n gs t a t et h a tr e d u c e sc o s t sa n di m p r o v e so v e r a l l s y s t e m se f f i c i e n c y t h i sp r o b l e mc a nb ef o r m u i a t e da n ds o l v e da st w os e p a r a t ep r o b l e m s 0 n ei s t h ee c o n o m i cd i s p a t c hp r o b l e mw h i c hr e d u c e ss y s t e mc o s tb ya l l o c a t i n gt h er e a lp o w e ra m o n gt h e o n l i n eg e n e r a t i n gu n i t s a n o t h e rp r o b l e mi st h er e a c t i v ep o w e rd i s p a t c hw h i c hi m p r o v e ss y s t e m v o l t a g ep r o f i l ea n dr e d u c e ss y s t e m sl o s s e sb ya l l o c a t i n gt h er e a c t i v ep o w e re f f i c i e n t l y i nt h ee c o n o m i cd i s p a t c hp r o b l e m ，t h ec l a s s i c a lf o r m u l a t i o np r e s e n t sd e f i c i e n c i e sd u et o s i m p l i c i t yo ft h em o d e l s w ew i l lm o d e lp o w e rs y s t e m st h r o u g ht h ep o w e rb a l a n c ee q u a t i o na n d g e n e r a t o r s a r em o d e l e dw i t hs m o o t hq u a d r a t i cc o s tf u n c t i o n sa n dg e n e r a t o ro u t p u ts i d e c o n s t r a i n t s i nt h er e a c t i v ep o w e rp r o b l e m s ，ac o m m o na p p r o a c hi st om o d e lt r a n s f o r m e r sa n d c a p a c i t o r sb a n k sa sc o n t i n u o u sv a r i a b l e si n s t e a do f t h ed i s c r e t ev a r i a b l e s t oi r e p r o v ep o w e rs y s t e m ss t u d i e s n e wm o d e l sa r ec o n t i n u o u s l yb e i n gd e v e l o p e dt h a tr e s u l ti na m o r ee 伍c i e n ts y s t e mo p e r a t i o n c o s tf u n c t i o n st h a tc o n s i d e rv a l v ep o i n tl p a d i n g s f u e ls w i t c h i n g a n dp r o h i b i t e do p e r a t i n gz o n e sa sw e l la sc o n s t r a i n t st h a tp r o v i d eam o r ea c c u r a t er e p r e s e n t a t i o n o ft h es y s t e ms u c ha s - e m i s s i o n s ，l i n ef l o wl i m i t s ，r a m p sr a t el i m i t s ，s p i n n i n gr e s e r v er e q u i r e m e n t a n ds y s t e m sv o l t a g ep r o f i l e t h e s ei m p r o v e dm o d e l sg e n e r a l l yi n c r e a s et h el e v e lo fc o m p l e x i t yo f t h eo p t i m i z a t i o np r o b l e m sd u et ot h en o nl i n e a r i t ya s s o c i a t e dw i t ht h e m m a n yd i f f e r e n tt r a d i t i o n a lo p t i m i z a t i o nm e t h o d sh a v eb e e nu s e dt os o l v et h ec l a s s i c a le c o n o m i c d i s p a t c ha n dr e a c t i v ep o w e rd i s p a t c hp r o b l e m si n c l u d i n g ：s t e e p e s td e s c e n t n e w t o n , i n t e r i o r p o i n tm e t h o d s ，l i n e a rp r o g r a m m i n g ，q u a d r a t i cp r o g r a m m i n ga n dd y n a m i cp r o g r a m m i n g s o m e o ft h et e c h n i q u e sa r en o tc a p a b l eo fs o l v i n ge 筒c i e n t l yo p t i m i z a t i o np r o b l e m sw i t han o n - c o n v e x n o n c o n t i n u o u sa n dh i g h l yn o n l i n e a rs o l u t i o ns p a c e ；o t h e rt e c h n i q u e sr e q u i r et o om a n y c o m p u t a t i o n a lr e s o u r c e st op r o v i d ea c c u r a t er e s u l t sf o rl a r g es c a l es y s t e m ss u c ha se l e c t r i cp o w e r s y s t e m s r e c e n ta d v a n c e si nc o m p u t a t i o nh a v ef o m e n t e dt h ed e v e l o p m e n to ft h ee v o l u t i o n a r ya l g o r i t h m s t e c h n i q u e sw h i c ha r es t o c h a s t i cb a s e do p t i m i z a t i o nt e c h n i q u e su s i n gas i m p l i f i e dm o d e lo ft h e e v o l u t i o n a r yp r o c e s s t h e s ea l g o r i t h m s a r ep o p u l a t i o nb a s e dt e c h n i q u e sw h i c he x p l o r et h e s o l u t i o ns p a c er a n d o m l yb yu s i n gs e v e r a lc a n d i d a t es o l u t i o n si n s t e a do ft h es i n g l es o l u t i o n e s t i m a t eu s e db ym a n yc l a s s i c a lt e c h n i q u e s s e v e r a lt e c h n i q u e sh a v eb e e nd e v e l o p e di n s i d et h ee v o l u t i o n a r yc o m p u t a t i o nf i e l db e i n gt h e m o s tp o p u l a rt e c h n i q u e s ：g e n e t i ca l g o r i t h m s ( g a ) ，e v o l u t i o n a r yp r o g r a m m i n g ( e p ) a n d e v o l u t i o ns t r a t e g i e s ( e s ) t h er e c e n ta d v a n c e si np a r a l l e lc o m p u t a t i o na l o n gw i t hf a s t e ra n dm o r e p o w e r f u lp r o c e s s o r sh a v ei m p r o v e dg r e a t l yt h ep e r f o r m a n c eo ft h e s et e c h n i q u e s ，a n dh a v e s t i m u l a t e dt h ed e v e l o p m e n to fn e wt e c h n i q u e ss u c ha sd i f f e r e n t i a le v o l u t i o n , p a r t i c l es w a r m o p t i m i z a t i o n ，a n tc o l o n ys e a r c h 。s c a t t e rs e a r c ha n dc u l t u r a la l g o r i t h m s t h et h e o r yo fd y n a m i cl o a db o t t l e n e c kc a nm a k eac l e a rs e p a r a t i o no ft i g h ts t a g ea n di n f e a s i b l e s t a g ei nl o a dc u r v e ，f r o mt h a ti t se a s yt oc o o r d i n a t ea c c u r a t e l yt h em a i n t e n a n c ep l a n ，t h es t a r t - s t o pm a c h i n ep l a n ，e t c i na d d i t i o n ，f r o ml o a dc u r v es t e e p e s tl e v e la n a l y s i s ，i ti sp o s s i b l et or e d u c e c h a p t e rli n t r o d u c t i o n t h en u m b e r o fc r i t i c a lt i m ei n t e r v a li nd y n a m i co p t i m i z a t i o nd i s p a t c h ，m i t i g a t et h ec a l c u l a t i o n b e a r t h er e f e r e n c e ( 2 0 1m e n t i o nt h ec r i t i c a l ，t i g h ts t a g e s ，n o nr e l a x a t i o ns t a g e sa n dr e l a x a t i o ns t a g e s c o n d i t i o n so f t h el o a dc h i v e ，a n dc r i t i c a lt i g h ts t a g ea n dt i g h ts t a g eo f d y n a m i ct r a n s i tp r o b l e mh a s b e e ns t u d i e d ，t h ea c c u m u l a t i o nc o n s t r a i n th a sb e e nu s e dt os o l v et h el o o k a h e a d c o n s t r a i n ti n d y n a m i co p t i m i z a t i o nd i s p a t c hm e t h o d 1 2t o p i co ft h et h e s i s t h et o p i co ft h i st h e s i si s “d y n a m i ca c t i v ep o w e ro p t i m i z a t i o nw i t hc l a s s i c a lm e t h o d s ”t h i s r e s e a r c hc o v e r sa p p l i c a t i o no fc l a s s i c a lm e t h o d si nd y n a m i cp o w e ro p t i m i z a t i o n , t h ei n c r e m e n t a l t r a n s m i s s i o nl o s s e sa n ds t u d yt h ed y n a m i ca p p r o a c ho fs o l v i n gt h ea c t i v ep o w e ro p t i m i z a t i o n w i t hag i v e nt i m ei n t e r v a l 1 30 b j e e l i v e sa n dc o n t r i b u t i o n so ft h et h e s i s t h em a i no b j e c t i v e so ft h i sw o r ka r et o ： d e v e l o p i n ga s o l u t i o no fd y n a m i ca c t i v ep o w e ro p t i m i z a t i o nb a s e do nt h ec l a s s i c a l m e t h o d sb yu s i n gt h ef o l l o w i n gi n c r e m e n t a lt r a n s m i s s i o nl o s s e sc a l c u l a t i n gm e t h o d s ： a ) a d m i t t a n c em a t r i xm e t h o d b ) j a c o b i a nm a t r i xm e t h o d c ) t r a n s p o s e dj a c o b i a nm a t r i xm e t h o d 2 ) c o m p a r i n g t h er e s u l t so b t a i n e dw i t ht h o s eo b t a i n e db ym e a n so fo t h e rt e c h n i q u e s i no r d e rt oa c h i e v et h e s eo b j e c t i v e s ，t h ef o l l o w i n gp r o c e d u r ew i l lb ec a r d e do u t ： 1 ) f o r m u l a t et h ep r o b l e m so fi n t e r e s ta sm a t h e m a t i c a lo p t i m i z a t i o np r o b l e m ss u b j e c tt ot h e a p p l i c a b l ec o n s t r a i n t s 2 ) a p p l yp e r t i n e n tc l a s s i c a lm e t h o d se q u a t i o n st ot h ep r o b l e m sa d d r e s s e d 3 ) d e v e l o pa n di m p l e m e n tt h ed y n a m i ca p p r o a c ho fs o l v i n gt i m ei n t e r v a l s 1 4t h 馏i so n t l i n e a ni n t r o d u c t i o no fo p t i m a ld i s p a t c hg e n e r a t i o ni sp r e s e n t e di nc h a p t e r1w i t ht h er e s e a r c h o b j e c t i v e sa n ds c o p e c h a p t e r2p r o v i d e sar e v i e wo ft h ee c o n o m i cd i s p a t c ha n dt h ea c t i v ep o w e r d i s p a t c hp r o b l e m ，p r o b l e mf o r m u l a t i o na n da v a i l a b l el i t e r a t u r e c h a p t e r3p r e s e n t sa no v e r v i e w o fp o w e r - f l o wc a l c u l a t i o nu s e di nt h i sp r e s e n tw o r k i nc h a p t e r4ad e r i v a t eo fi n c r e m e n t a l t r a n s m i s s i o nl o s s e si sp r e s e n t e da n da l s os o m es i m p l i f i c a t i o n s i nc h a p t e r5d y n a m i ca c t i v e p o w e ro p t i m i z a t i o ni ss t u d i e da n da ni n t r o d u c t i o no fd i f f e r e n tc o n c e p t so fr e s o l u t i o ni sd e t a i l e d a n df i n a l l yi nc h a p t e r6 ，t h ec a s es t u d i e sr e s u l ta n dd y n a m i ca c t i v ep o w e ro p t i m i z a t i o nw i t h c l a s s i c a lm e t h o d si sp r e s e n t e d 一2 c h a p t e r2p o 、 慢rd i s p a t c h r n g 2 1i n t r o d u c t i o n c h a p t e r2p o w e rd i s p a t c 玎：呵g p o w e rd i s p a t c hi so n eo ft e c h n i q u e sw h i c ha d j u s t ss o m ec o n t r o lv a r i a b l e sa n da l l o c a t e st h ep o w e r t h r o u g h o u tt h es y s t e mr e s u l t i n gi na l lo p t i m a lo p e r a t i o n p o w e rd i s p a t c hh a st w oa p p r o a c h e s ： e c o n o m i cd i s p a t c hp r o b l e ma n dt h er e a c t i v ep o w e rd i s p a t c hp r o b l e m e c o n o m i cd i s p a t c hs e e k s t oo p t i m i z et h es y s t e mo p e r a t i o nb ya l l o c a t i n gt h er e a lp o w e ra m o n gt h ep o w e rs y s t e mw h i l e r e d u c i n gp r o d u c t i o nc o s t s t h er e a c t i v e p o w e rd i s p a t c hm i n i m i z e st h es y s t e ml o s s e si m p r o v i n gt h es y s t e me f f i c i e n c ya n d u t i l i z a t i o no f r e s o u r c e s 2 2c l a s s i c a le c o n o m i c d i s p a t c h i n gp r o b l e mf o r m u l a t i o n t h eo b j e c t i v eo ft h ec l a s s i c a le c o n o m i cd i s p a t c hi st om i n i m i z et h et o t a ls y s t e mc o s tw h e r et h e t o t a ls y s t e mc o s ti saf u n c t i o nc o m p o s e db yt h es u mo ft h ec o s tf u n c t i o n so fe a c ho n l i n eg e n e r a t o r t h i so p t i m i z a t i o nd e t e r m i n e st h ep o w e ro u t p u to fe a c ho n l i n eg e n e r a t o rt h a tr e s u l ti nl e a s tc o s t s y s t e mo p e r a t i n gs t a t e t h i sp o w e ra l l o c a t i o ni sd o n ec o n s i d e r i n gs y s t e mb a l a n c eb e t w e e n g e n e r a t i o na n dl o a d s ，a n df e a s i b l er e g i o n so fo p e r a t i o nf o re a c hg e n e r a t i n gu n i t 2 2 1o b j e e t i v ef u n c t i o n t h eo b j e c t i v eo ft h ec l a s s i c a le c o n o m i cd i s p a t c hi st om i n i m i z et h et o t a ls y s t e mc o s t ( 2 1 ) b y a d j u s t i n gt h ep o w e ro u t p u to f e a c ho f t h eg e n e r a t o r sc o n n e c t e dt ot h eg r i d t h et o t a ls y s t e m sc o s ti sm o d e l e da st h es u mo ft h ec o s tf u n c t i o no f e a c hg e n e r a t o r 曲 m i n f j ( 尸g ，) ，= l ( 2 i ) w h e r ef 吃) i st h ei 曲g e n e r a t o rc o s tf u n c t i o n , 名i st h ei 曲g e n e r a t o rr e a lp o w e ro u t p u ta n d g i st h et o t a ln u m b e ro fg e n e r a t o rc o n n e c t e dt ot h ep o w e r s y s t e m e a c hg e n e r a t o rc o s tf u n c t i o ne s t a b l i s h e st h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ep o w e ri n j e c t e dt ot h es y s t e m b yt h eg e n e r a t o ra n dt h ei n c u r r e dc o s t st ol o a dt h em a c h i n et ot h a tc a p a c i t y t y p i c a l l y ，g e n e r a t o r s a r em o d e l e db ys m o o t hq u a d r a t i cf u n c t i o n ss u c ha s ( 2 2 ) t os i m p l i f yt h eo p t i m i z a t i o np r o b l e ma n d f a c i l i t a t et h ea p p l i c a t i o no f c l a s s i c a l t e c h n i q u e s f ( 吃) = q + 岛+ q 磁 w h e r e 口f ，6 f ，c fa r et h ec o s tc o e f f i c i e n t so f t h ei , hg e n e r a t o rc o s tf u n c t i o n ( 2 2 ) 2 2 2e q u a l i t yc o n s t r a i n t p o w e rb a l a n c ec o n s t r a i n t ：t h eb a l a n c ec o n s t r a i n ti sa ne q u a l i t yc o n s t r a i n tt h a tr e d u c e st h ep o w e r s y s t e mt oab a s i cp r i n c i p l eo fe q u i l i b r i u mb e t w e e nt o t a ls y s t e mg e n e r a t i o na n dt h et o t a ll o a d s e q u i l i b r i u mi so n l ym e tw h e nt h et o t a ls y s t e mg e n e r a t i o n ( 尼) e q u a l st h et o t a ls y s t e ml o a d ( 屹) p l u ss y s t e ml o s s e s ( 置) a ss t a t e di n ( 2 3 ) - 3 - = 弓+ 最 ( 2 3 ) s y s t e m sl o s s e sc a nb ed e t e r m i n e de x a c t l y a sar e s u l to fs o l v i n gt h ep o w e rf l o wp r o b l e m o n e a p l o i r o a c ht oe s t i m a t el o s s e s i sb ym o d e l i n gt h e ma saf u n c t i o no ft h es y s t e mg e n e r a t o r so utputswl-1- u s i n gk r o n ，sl o s sf o r m u l a ( 2 4 ) o t h e rw a y st om o d e ll o s s e sa r ew i t ht h eu s eo fp e n a l t yf a c t o r s o r c o n s i d e r i n gl o s s e sa sc o n s t a n t s nn n 最= 岛只乞+ e 。只+ i = lj = l i = l ( 2 4 ) h e r et h et e r mb 的i sc o n s t a n tw h i l et h ec o e f f i c i e n tb 口a n db i bs u m m a r i z et h eq u a d r a t i ca n dl i n e a r d e p e n d e n c eo fl i n el o s s e so nt h eg e n e r a t i o n s t h ee q u a t i o n ( 2 4 ) i sc a l l e db m a t r i xl o s sf o r m u l a , a n dt h ebc o e f f i c i e n t sa r ec a l l e dt h el o s sf a c t o r s 2 2 3i n e q u a l i t yc o n s t r a i n t r e a lp o w e rg e n e r a t i o nl i m i t s ：g e n e r a t i n gu n i t sh a v el o w e r ( 1 i m i t st h a ta r ed i r e c t l yr e l a t e dt ot h em a c h i n ed e s i g n t h e s e i n e q u a l i t yc o n s t r a i n t ( 2 5 ) p 。m m ) a n du p p e r ( 穿) p r o d u c t i o n b o u n d sc a nb ed e f i n e da sap a i ro f q i n m u f i n 科 i = 1 ，g 2 3r e a c t i v ep o w e rd i s p a t c h i n g ( 2 5 ) r e a c t i v ep o w e ro p t i m i z a t i o ni st r e a t e da sa no p t i m i z a t i o np r o b l e mt h a tr e d u c e sg r i dc o n g e s t i o nb y m i n i m i z i n gt h ea c t i v ep o w e rl o s s e s f o raf i x e de c o n o m i cp o w e rd i s p a t c h t h er e a c t i v ep o w e r d i s p a t c hr e q u i r e ss o l v i n gt h ep o w e rf l o wp r o b l e ma n df o rt h i sr e a s o ni su s u a l l yk n o w na so p t i m a l r e a c t i v ed i s p a t c ho ra no p t i m a lp o w e rf l o wp r o b l e m r e a c t i v ep o w e rd i s p a t c hr e d u c e sp o w e r s y s t e ml o s s e so rp r o v i d e sb e a e rs y s t e mv o l t a g ec o n t r 0 1 r e s u l t i n gi n a ni m p r o v e dv o l t a g ep r o n l e ， s y s t e ms e c u r i t y ，p o w e rt r a n s f e rc a p a b i l i t ya n d o v e r a l ls y s t e mo p e r a t i o n 2 3 1o b j e c t i v ef u n c t i o n t h eo b j e c t i v eo f t h er e a c t i v ep o w e rd i s p a t c hi st om i n i m i z et h ea c t i v ep o w e r l o s s e so f t h es y s t e mb y a d j i u s t i n gt h eg e n e r a t o rv o l t a g e s ，t r a n s f o r m e rt a p sa n do t h e rs o u r c e s o fr e a c t i v ep o w e 。s u c ha 8 c a p a c i t o r sb a n k s w h e r e m i n 艺 ( 2 6 ) 最：釜兰驴睁巧1 2 ( 2 7 ) 最= 岛防一吖 ( 2 7 ) i = lj = 1 w h e r e 圪i st h ep o w e rs y s t e m1 。s s e s ，g 玎i s t h et r a n s m i s s i 。nl i n e c o n d u c t a n c e ，阢一巧i i st h e m a g n i t u d eo ft h ev o l t a g ed r o pa c r o s st h eb r a n c hb e t w e e nb u s e s ia n d 1r e s p e c t i v e l ya n dn 8i st h e n u m b e ro fs y s t e mb u s e s ki st h ec o m p l e xv o l t a g ea tb u si 4 忍 敬厶瑚 c h a p t e r2p o 、砚rd i s p a r c h i n g 2 3 2e q u a l i t yc o n s t r a i n t s r e a la n dr e a c t i v em i s m a t c h ：t h e s ee q u a l i t yc o n s t r a i n t ss e e kt of i n dt h es e to fv o l t a g e s ( m a g n i t u d e a n da n g l e ) t h a ts a t i s f yt h