（电力系统及其自动化专业论文）电力系统最优运行的电压安全成本研究.pdf

山东大学博士学位论文 ( 2 ) 针对理想负荷裕度指标的局限性和难以确定等问题，考虑系统实际运行 中负荷的随机变化特性，提出一种新的电压安全裕度指枥 一理想负荷裕度范围。 该指标既考虑到系统运行的电压安全性，同时还顾及到系统运行的经济效益，而 且指标的确定简单易行，且适用于所有的负荷变化情况。基于该指标，利用模糊 建模方法对多目标规划问题及可松弛约束的有效处理，提出了一种计及理想负荷 裕度范围的模糊多目标最优潮流模型以估计系统的电压安全成本。仿真结果验证 了该方法的正确性和有效性。 ( 3 ) 从实用化角度，提出了一种计及最小电压安全裕度指标的模糊最优潮流 模型。仿真结果表明：该优化方法得到的系统电压安全成本与计及理想负荷裕度 范围的模糊优化方法得到的系统电压安全成本，既存在一致性又有一定区别。一 致性表明了两种优化方法的正确性和合理性。区别在于当前负荷水平较低的情况 下，系统优化运行的实际负荷裕度大于最小电压安全裕度或理想负荷裕度下限时， 两种优化方法获得的系统电压安全成本明显不同，计及最小电压安全裕度指标的 模糊优化方法获得的系统电压安全成本几乎为0 ，符合系统实际运行中对经济性 与安全性的共同需求，而计及理想负荷裕度范围的模糊优化方法获得的系统电压 安全成本比较大，即以该方法获得的系统优化运行策略背离系统实际运行时的经 济性要求。因此，鉴于电力系统的实际运行需要，计及最小电压安全裕度指标的 模糊优化方法更加适用于电力系统优化运行的电压安全成本估计。 ( 4 ) 将电力系统优化运行的电压安全成本研究拓展到市场环境下的电压安全 成本构成分析。根据电力市场下各市场主体之间的供求关系与相互之间的物理联 系紧密性，结合优化仿真结果分析，探讨了各市场主体为维持和提高系统电压安 全水平需要付出的代价，并给出了各市场主体参与维持系统电压安全而应该获得 回报的计算模型。致力于激励市场参与者积极协作并能实现市场充分竞争、各市 场主体利益均衡的目标，提出了几条建设性的意见，以经济利益驱动各市场主体 自愿提高系统的电压安全水平，并在互利的基础上相互协作，寻求最优的运营策 略，从而引导市场的健康、持续发展，实现资源的优化配置。 电压安全成本研究是电力市场环境下成本研究与定价的重要内容之一。系统 的无功电压支持由传统垂直统一管理模式下的综合发展转向各市场主体以经济利 益为出发点的协调发展，亟需对维持系统的电压安全稳定进行正确的成本估计与 i i 山东大学博士学住论文 定价，从而能在保证各市场参与者经济利益的前提下，提高系统的电压安全水平。 本文的工作为结合电压稳定指标的最优潮流开辟了新的应用方向；为电力市场下 的电压安全成本分析与相关理论、应用的进一步深入研究提供了有价值的参考依 据，具有重要的理论与现实意义。 关键词：最优潮流；电压安全成本；理想负荷运行点；理想负荷裕度范围；最小 电压安全裕度；模糊建模；可松弛约束；电力市场；成本分析 i l i 山东大学博士学位论文 a b s t r a c t v o l t a g es e c u r i t yc o s ts t e m sf r o mt h er e s e a r c ho fv o l t a g es t a b i l i t yc o n s t r a i n e d o p f ( o p t i m a p o w e rf l o w ) p r o b l e m sb yr o s e h a r te ta li nc a n a d a t h e yi n c o r p o r a t e v o l t a g es t a b i l i t yi n d i c e si n t ot r a d i t i o n a lo p fp r o b l e ma n dp r o p o s es e v e r a ld i f f e r e n t v o l t a g es t a b i l i t yc o n s t r a i n e do p ff o r m u l a t i o n s ，w h i c hg a i n st h ee n do fs t u d y i n g v o l t a g es t a b i l i t ya n do p t i m i z a t i o np r o b l e m ss i m u l t a n e o u s l y b u tt h e y o n l ys h o w a g g r e g a t e do p e r a t i n gc o s t so b t a i n e db yd i f f e r e n tf o r m u l a t i o n su s i n gv a r i o u sw e i g h t i n g f a c t o r s a n dd on o ta n a l y z ea n dd i s c u s st h o r o u g h l yt h ev o l t a g es e c u r i t yc o s tb e c a u s eo f t h ed e p e n d e n c eo nt h ew e i g h t i n gf a c t o r so ft h ef o r m u l a t i o n s t h eu n i f i e dd i s p a t c ha n d m a n a g e m e n tk e e p st h es e c u l ea n ds t a b l eo p e r a t i o no fp o w e rs y s t e mi nav e r t i c a l l y i n t e g r a t e de n v i r o n m e n t h o w e v e r ，s e c u r ea n ds t a b l eo p e r a t i o no fp o w e rs y s t e mn e e d t h ea c t i v em a i n t e n a n c eo fp a r t i c i p a n t sd r i v e nb ye c o n o m i ci n t e r e s t si nt h ep o w e r m a r k e t t h e r e f o r e ，w i t ht h ec h a n g ef r o mv e r t i c a l l yi n t e g r a t e de n v i r o n m e n tt op o w e r m a r k e t ，t h ee s t i m a t i o no fs e c u r i t yc o s ta n dp r i c i n gs e c u r i t yb e c o m ev e r yi m p o r t a n t a n dt h ev o l t a g es e c u r i t yc o s t 船t h ea d d i t i o n a le x p e n s eo fk e e p i n gs y s t e mv o l t a g e s e c u r i t ya n ds t a b i l i t y , b e c o m e so n eo ft h ei m p o r t a n tp r o b l e m so nc o s ta n a l y s i sa n d s t u d yi nt h ep o w e rm a r k e t t h eo p t i m i z a t i o np r o b l e m sc o n s i d e r i n gv o l t a g es e c u r i t ym a r g i ni n d i c e sa r e t h o r o u g h l ys t u d i e dt oo v e r c o m et h ed e f i c i e n c y o fe x i s t i n gm e t h o d si ne v a l u a t i n g v o l t a g es e c u r i t yc o s ti nt h et h e s i s t h r e eo p t i m i z a t i o nf o r m u l a t i o n sa r ep r o p o s e dt o e s t i m a t ev o l t a g es e c u r i t yc o s ta n dt h ec o s t so b t a i n e db yt h o s ef o r m u l a t i o n sa r e a n a l y z e da n dd i s c u s s e di nd e t a i l o nt h i sb a s i s ，t h ec o m p o s i t i o no f v o l t a g es e c u r i t yc o s t i np o w e rm a r k e ti sa n a l y z e da c c o r d i n gt ot h et e c h n i c a la n de c o n o m i cc h a r a c t e r i s t i c so f e a c hm a r k e tp a r t i c i p a n t t h em a i nc o n t r i b u t i o n so f t h et h e s i sc a l lb es u m m a r i z e d 鹞： ( 1 ) au n i v e r s a lm u l t i o b j e c t i v eo p fm o d e lc o n s i d e r i n gi d e a ll o a d i n gm a r g i n i n d e xi sp r e s e n t e db a s e do nt h eg o a lp r o g r a m m i n gf o r m u l a t i o n t h ep r o p o s e dm o d e l i n c o r p o r a t e st h es q u a r eo ft h ed e v i a t i o no fa c t u a ll o a d i n gm a r g i nf r o mi d e a ll o a d i n g m a r g i ni n t ot h eo b j e c t i v ef u n c t i o n , w h i c hr e d u c e st h eu n c e r t a i n t yo fr e s u l t sc a u s e db y 山东大学博士学住论文 w e i g h t i n gf a c t o r sa n dr e a l i z e st h a tt h em o r ea c t u a ll o a d i n gm a r g i nd e p a r t sf r o mi d e a l l o a d i n gm a r g i n , t h em o r et h eo b j e c t i v ef u n c t i o np u n i s h e st h ei n d e x t h em o d e ln o t o n l yr e d u c e st h es i z eo fo p t i m i z a t i o nf o r m u l a t i o n , b u ta l s of a v o r st h em i n i m i z a t i o no f t o t a lg e n e r a t i o nc o s tw h i l ek e e p i n gv o l t a g es e c u r i t ym a r g i nd u et oi t sq u a d r a t i cp e n a l t y e f f e c tf o rt h ed e v i a t i o n b a s e do nt h ep r o p o s e dm o d e l ，an e wm e t h o dt od e t e r m i n e o p t i m a ls e c u r eo p e r a t i n gp o i n to fp o w e rs y s t e mi sp u tf o r w a r d n 圮m e t h o dc a nf i n d t h eo p t i m a lo p e r a t i n gp o i n tu n d e rt h ec u r r e n tl o a d i n gc o n d i t i o n sa c c o r d i n gt ot h eg i v e n n e t w o r ks t r u c t u r ea n dp a r a m e t e r so f p o w e r s y s t e m ，a sw e l la st h ei d e a ll o a d i n gp o i n to f p o w e rs y s t e mb yt r a c i n gl o a di n c r e a s ea n dc o m p a r i n gt h eo p t i m i z a t i o nr e s u l t so f p r o p o s e dm o d e lw i t ht h o s eo fs i n g l e - o b j e c t i v eo p f n ei d e a ll o a d i n gp o i n to fp o w e r s y s t e md e t e r m i n e dc mp r o v i d ei m p o r t a n ts e c u r ea n de c o n o m i c a li n f o r m a t i o nf o r o p e r a t o r sa n dm a r k e tp a r t i c i p a n t s p ( 2 ) ai 姗v o l l a g es e c u r i t ym a r g i ni n d e x ，r e g i o no fi d e a ll o a d i n gm a r g i n , i s p r e s e n t e dc o n s i d e r i n gt h es t o c h a s t i cc h a r a c t e r i s t i co fl o a dc h a n g ei np r a c t i c a lp o w e r s y s t e m , t od e a lw i t ht h ep r o b l e m ss u c ha st h el i m i t a t i o no fi d e a ll o a d i n gm a r g i ni n d e x a n dt h ed i f f i c u l t yi nd e t e r m i n i n gi t sv i l u e n en e wi n d e xc o n s i d e r sn o to n l yv o l t a g e s e c u r i t yo fp o w e rs y s t e m , b u ta l s ot h ee c o n o m i cp r o f i to fo p e r a t i o n i t sd e t e r m i n a t i o n i se a s ya n di ti su s a b l ef o re a c hk i n do fl o a dc h a n g e b a s e do nt h i si n d e x ，af u z z y m u l t i 。o b j e c t i v eo p ff o r m u l a t i o nc o n s i d e r i n gr e g i o no fi d e a ll o a d i n gm a r g i ni s p r o p o s e dt oe v a l u a t et h ev o l t a g es e c u r i t yc o s to fp o w e rs y s t e m ，u s i n gt h ev a l i d i t yo f f u z z ym o d e l i n gm e t h o dt od e a lw i t hm u l t i - o b j e c t i v ep r o g r a m m i n gp r o b l e m sa n d r e l a x e dc o n s t r a i n t s 1 1 l cs i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h em e t h o di sc o r r e c ta n d e f f e c t i v e ( 3 ) f r o mt h ep o i n to fv i e wo fp r a c t i c a l i t y , af u z z yo p ff o r m u l a t i o nc o n s i d e r i n g m i n i n l u n lv o l t a g es e c u r i t ym a r g i ni n d e xi sp r o p o s e d t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a t , t h ev o l t a g es e c u r i t yc o s t so b t a i n e db yt h i so p t i m i z a t i o nm e t h o dc o h e r ew i t ht h o s eo f o p t i m i z a t i o nm e t h o dc o n s i d e r i n gr e g i o no fi d e a ll o a d i n gm a r g i ni nm a n yr e s p e c t s ，b u t t h ev o l t a g es e c u r i t yc o s t so b t a i n e db yt w om e t h o d s 勰d i f f e r e n ti ns o m ew a y s 1 1 1 e e o h e 姗t c s t i t i e sb o t ho p t i m i z a t i o nm e t h o d sa 1 ec o r r e c ta n dr a t i o n a l t h ed i f f e r e n c e v 山东大学博士学位论文 i st h a tu n d e rt h el o w e rc u r r e n tl o a d i n gc o n d i t i o n s , t h ev o l t a g es e c u r i t yc o s 招o b t a i n e d b yt w om e t h o d sa r eo b v i o u s l yd i f f e r e n tw h e nt h ea c t u a ll o a d i n gm a r g i n sb yt w o o p t i m i z a t i o nm e t h o d sa r ea b o v em i n i m u mv o l t a g es e c u r i t ym a r g i no rt h el o w e rl i m i to f i d e a ll o a d i n gm a r g i n 1 1 把v o l t a g es e c u r i t yc o s t so b t a i n e db yf u z z yo p t i m i z a t i o n m e t h o dc o n s i d e r i n gm i n i m u mv o l t a g es e c u r i t ym a r g i ni n d e xa r ea l m o s tz e r o ，w h i c h a c c o r d sw i t ht h ed e m a n d sf o re c o n o m ya n ds e c u r i t yi np r a c t i c a lp o w e rs y s t e m o p e r a t i o n b u tt h ev o l t a g es e c u r i t yc o s t so ff u z z yo p t i m i z a t i o nm e t h o dc o n s i d e r i n g r e g i o no fi d e a ll o a d i n gm a r g i na l el a r g e r ，w h i c hc a n tm e e tt h ed e m a n df o re c o n o m y t h e r e f o r e ，t h ef o r m e ri sm o r es u i t a b l et oe v a l u a t ev o l t a g es e c u r i t yc o s to fo p t i m a l o p e r a t i o n ，c o n s i d e r i n gp r a c t i c a lo p e r a t i n gr e q u i r e m e n to f p o w e rs y s t e m ( 4 ) t h er e s e a r c ho nv o l t a g es e c u r i t yc o s ti no p t i m a lo p e r a t i o no fp o w e rs y s t e mi s d e v e l o p e dt ot h ec o m p o s i t i o na n a l y s i so fv o l t a g es e c u r i t yc o s ti np o w e rm a r k e t n 圮 e x p e n s e so fm a i n t a i n i n ga n di m p r o v i n gv o l t a g es e c u r i t yf o rm a r k e tp a r t i c i p a n t sa r e s t u d i e db ya n a l y z i n gt h eo p t i m i z a t i o nr e s u l t sa c c o r d i n gt ot h er e l a t i o n s h i po fs u p p l y a n dd e m a n da sw e l la st h ep h y s i c a lc l o s e n e s sa m o n gm a r k e tp a r t i c i p a n t s n em o d e l s o fc a l c u l a t i n gr e w a r d sg i v e nt ot h em a r k e tp a r t i c i p a n t sf o rt h e i rc o n t r i b u t i o n st o m a i n t a i nv o l t a g es e c u r i t yo fp o w e rs y s t e ma r ep r e s e n t e d i no r d e rt ou r g em a r k e t p a r t i c i p a n t st oc o o p e r a t ea c t i v e l y , r e a l i z et h es u f f i c i e n tc o m p e t i t i o ni np o w e rm a r k e t a n db a l a n c et h ei n t e r e s t so fe a c hm a r k e tp a r t i c i p a n t , s e v e r a lc o n s t r u c t i v es u g g e s t i o n s a r em a d e ，w h i c hc a nd r i v ep a r t i c i p a n t sb ye c o n o m i ci n t e r e s t st ob ew i l l i n gt oi m p r o v e v o l t a g es e c u r i t yl e v e lo fp o w e rs y s t e m ，c o o p e r a t eb a s e do nt h e i rc o m m o ni n t e r e s t s ， f i n do p t i m a lo p e r a t i n gs t r a t e g i e s ，a n df i n a l l yg u i d et h eh e a l t h ya n dc o n t i n u a b l e d e v e l o p m e n to f p o w e rm a r k e t , a n dc a r r yo u tt h eo p t i m a lr e s o u r c eu t i l i z a t i o n t h er e s e a r c ho fv o l t a g es e c u r i t yc o s ti so n eo ft h ei m p o r t a n tp r o b l e m so nc o s t s t u d ya n dp r i c i n gi np o w e rm a r k e t t h ep r o p e rc o s te v a l u a t i o na n dp r i c i n go f m a i n t a i n i n gv o l t a g es e c u r i t ya n ds t a b i l i t yi sn e c e s s a r yt oi m p r o v ev o l t a g es e c u r i t y l e v e lo fp o w e rs y s t e mo nt h ep r e m i s eo fe n s u r i n gp a r t i c i p a n t s e c o n o m i ci n t e r e s t s ， b e c a u s et h eu n i f i e dd e v e l o p m e n to fr e a c t i v ea n dv o l t a g es u p p o r te q u i p m e n t si na v e r t i c a l l yi n t e g r a t e de n v i r o n m e n ti sc h a n g i n gi n t ot h ec o o r d i n a t e dd e v e l o p m e n to f e a c h v i 山东大学博士学位论文 p a r t i c i p a n tb a s e d0 1 1e c o n o m i ci n t e r e s t s t h ec o n t r i b u t i o n so ft h et h e s i so p e nan e w a p p l i c a t i o nf i e l do fo p fp r o b l e m sc o n s i d e r i n gv o l t a g es t a b i l i t yi n d i c e sa n dp r o v i d e v a l u a b l er e f e r e n c e sf o rv o l t a g es e c u r i t yc o s ta n a l y s i sa n dr e l a t e dt h o r o u g h l yr e s e a r c h o ft h e o r ya n da p p l i c a t i o ni np o w e rm a r k e t w h i c hh a v et h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e k e y w o r d s ：o p f ( o p t i m a lp o w e rf l o w ) ；v o l t a g es e c u r i t yc o s t ；i d e a ll o a d i n gp o i n t ； r e g i o no fi d e a ll o a d i n gm a r g i n ；m i n i m u mv o l t a g es e c u r i t ym a r g i n ；f u z z ym o d e l i n g ； r e l a x e dc o n s t r a i n t s ；p o w e rm a r k e t ；c o s ta n a l y s i s v h 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：i ! l 重垂e t 期：丝墨丝 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本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、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) i 论文作者签名：监导师签名 l ；：；#；女。l；。i-丫 山东大学博士擘位论文 第一章绪论 1 1 本课题的研究目的和意义 随着中国社会经济的持续发展和人民生活水平的普遍提高，对电力的需求和 消费始终呈上升趋势；虽然我国电力工业的发展速度很快，但却不能满足经济发 展速度的要求。除了1 9 9 8 2 0 0 0 年外，缺电现象频繁发生。以2 0 0 3 年为例，全 国有2 1 个省不得不拉闸限电；到2 0 0 4 年尽管增加了装机容量，缺电情况依然没 有缓解，仍有2 4 个省缺电，给国民经济和人民生活造成了巨大损失f 1 1 与此同时，我国正在实行电力体制改革，逐步建立和完善电力市场。电力市 场的理论在于将电力系统的操作都定量表示为电价翻，通过电价制度影响用户的 用电方式，现行的强制拉闸限电措施已经不再适用于市场环境下的运营规则，这 在一定程度上加剧了电力系统运行接近其稳定极限的可能；此外，受到环保的制 约和电力企业追求电网经济效益的驱使，都会使电力系统的运行日益接近其稳定 极限，从而使得能够考虑系统各种稳定约束的最优潮流( o p t i m a lp o w e rf l o w ) 研、 究口之”变得尤为重要。 据统计，自1 9 7 0 年到1 9 9 0 年的2 0 年间，世界范围内发生的电压失稳事件有 8 起直接或间接与系统的负荷持续、异常升高有关，其中有两起事故直接导致系 统崩溃，分别是1 9 7 8 年1 2 月1 9 日法国发生的电压崩溃事件和1 9 8 7 年7 月2 3 日东京电网发生的电压崩溃事件，造成中断负荷分别达2 9 g w 和8 1 6 8 m w 的巨大 社会、经济损失【2 2 】2 0 0 3 年9 月4 日，上海因酷暑而超负荷运行也险些导致发生 严重的停电事故 2 3 1 ，由于采取措施及时，幸免遇难，但同时也给中国电力工业敲 晌了警钟。系统的电压稳定性研究仍然是当前中国电力工业发展的必然要求和巨 大挑战 2 4 - 4 7 1 。 结合静态电压稳定指标的最优潮流问题，将近稳定极限的系统优化运行与电 压稳定性问题同时进行研究，能够实现保证足够电压稳定裕度的系统最优运行， 近年来受到国内外学者的广泛关注 4 s - 7 4 1 。为了适应市场化发展需求，一些学者利 用该优化问题进行了初步的安全成本与安全定价研究【7 8 , 4 9 ，引出了电压安全成本 ( v o l t a g es e c u r i t yc o s t ) 的概念。但由于受到提出的数学模型限制，已有研究对 山东大学博士学位论文 该成本没有进行深入分析与讨论，仅提供了不同权重系数取值下由不同方法获得 的系统综合运行成本。 电压安全成本是在系统优化运行时突出维持系统电压安全需要额外付出的经 济代价，用考虑电压安全裕度优化运行时的系统总发电成本与不考虑电压安全裕 度情况下的系统总发电成本之差来表示。电力市场环境下，对该成本的合理评估 与分摊，可以为各市场主体提供重要的安全、经济信息，以经济利益驱动各市场 主体积极参与维护系统的电压安全、稳定，从而可有效引导电力市场的健康、持 续发展，保障各市场主体的持续经济效益。 本文针对已有电压安全成本估计方法所存在的不足，展开了突出考虑系统电 压安全裕度的最优潮流研究，并对各种优化方法估计的系统电压安全成本进行了 深入分析和讨论。首先，基于改进的计及理想负荷裕度指标的多目标最优潮流模 型，提出一种确定电力系统最优安全运行点的新方法。针对理想负荷裕度指标的 局限性，提出一种新的电压安全裕度指标一理想负荷裕度范围，并在此基础上 提出了一种计及理想负荷裕度范围的模糊多目标最优潮流模型。然后，基于实用 化研究，提出一种计及最小电压安全裕度指标的模糊最优潮流模型。通过对以上 三种优化方法估计的系统电压安全成本进行比较，指出计及最小电压安全裕度指 标的模糊优化方法更符合实际运行理念。通过优化仿真结果分析，根据电力市场 环境下各市场主体的技术、经济特性，对电力市场下各市场主体的电压安全成本 构成进行了详细分析与讨论，并给出了各市场主体参与维持系统电压安全而应该 获得回报的计算模型，以经济利益驱动电力市场下的各市场主体积极协作，实现 资源的优化配置。 本文的研究为结合电压稳定指标的最优潮流开辟了新的应用方向；为电力市 场下的电压安全成本分析与相关理论、应用的进一步深入研究提供了有价值的参 考依据，具有重要的理论与现实意义。 1 2 结合静态电压稳定指标的优化问题的国内外研究现状 结合静态电压稳定指标的优化问题，作为最优潮流问题的一个研究分支，既 不同于传统的单纯无功优化问题，又不同于有功调度问题，而是将二者结合起来 进行综合优化，并在建立问题模型时突出维持系统电压安全稳定的重要性，而不 2 山东大学博士学位论文 仅仅是满足节点电压幅值的上下限、发电机无功功率限制、系统有载调压变压器 的变比限制以及并联补偿装置的容量限制等与无功、电压相关的运行约束，这些 约束仅仅表示系统当i i i 运行不能超过其状态变量及控制设备规定的相应限值，但 无法反映系统当前运行接近电压稳定极限的程度。随着电力市场化改革步伐的加 快，大容量、远距离输电的全国联网模式的形成，电力系统运行中的电压稳定问 题变得不容忽视，因此突出考虑系统电压稳定裕度的最优潮流问题成为当前电力 系统优化运行新的研究热点【4 7 。7 4 】。电压稳定约束最优潮流( v o l t a g es t a b i l i t y c o n s t r a i n e do p t i m a lp o w e rf l o w ，v s c o p f ) 研究主要集中在以下几个方面： ( 1 ) 数学模型的完善 电力系统最优潮流问题是典型的大规模、非线性、多变量、多约束的混合整 数规划问题，电压稳定约束最优潮流也具有相同的特点；同时，电压稳定约束最 优潮流因为突出了维持系统电压安全、稳定的重要性，又有其独特之处。首先。 。 考虑到最优潮流问题属于代数系统的最优化问题，而电压稳定问题属于动态系统 的控制问题，电压稳定约束最优潮流需要在一定程度上解决动态系统控制与静态 系统优化联合的综合寻优，因此，确定准确、有效的电压稳定指标以加入优化问”。 题模型成为解决该问题的一个重要环节j 其次，电压稳定约束最优潮流并非只将 电压稳定指标作为约束条件加入问题模型，而是根据问题的侧重点不同有时还将，謦；， 其作为优化目标之一，因此，采用合适的建模方法建立准确、全面的数学模型成 为研究电压稳定约束最优潮流问题的基础。 ( 2 ) 新的求解方法的提出及改进 电压稳定约束最优潮流研究以问题模型的构建为主，而具体采用的求解方法 则依赖于优化算法的发展。优化算法的研究初期，将最优潮流问题视为一个表面 光滑的非线性凸函数，许多方法如简化梯度法、牛顿法、线性规划法和二次规划 法等优化方法相继应用于解算此类问题。而实际上，最优潮流是一个非凸的优化 问题，在可行域内有多个局部极值。近几年随着计算机和人工智能等技术的发展， 模拟退火、遗传算法、随机优化等人工智能方法先后用于解算电力系统最优潮流 问题，所有这些方法都是为了尽可能快速、有效的寻求系统的全局最优解。因此， 探索一种更为理想的求解方法成为解决各种最优潮流问题的一个研究重点 ( 3 ) 应用领域的拓展 山东大学博士擘位论文 电压稳定约束最优潮流的应用目的是在优化系统运行或控制的同时，保证系 统的电压稳定裕度，即确保系统的电压安全性。因此，其应用范围可波及最优潮 流应用的各个领域，包括能量管理系统( e m s ) 中的实时应用或在线研究，电力 网络规划的中、长期规划，以及电力市场下的成本分析、安全定价、a t c 计算、 阻塞管理等。 下面将分别对静态电压稳定性指标、电压稳定约束最优潮流的数学模型、求 解方法和电压稳定约束最优潮流应用的国内外发展情况进行详细的综述。 1 2 1 静态电压稳定性指标综述 电压稳定是近十几年来电力工业界极为关注的研究课题。到目前为止，学术 界对它还没有公认的严格定义【2 4 1 。p r a b h ak u n d u r 在其编著的 p o w e rs y s t e m s t a b i l i t ya n d c o n t r 0 1 ) ) 一书中，将电压稳定性定义为“电力系统在正常运行或经受 扰动后维持所有节点电压为可接受值的能力”，而电压失稳是指“扰动引起的持续 且不可控制的电压下降过程”，电压崩溃则是指“伴随着电压失稳的一系列事件导 致系统的部分电压低到不可接受的过程”【2 5 1 。 电压失稳具有不同的形式【2 6 1 ，其中特点之一是：缓慢增加负荷将导致负荷节 点电压缓慢下降，在达到电力系统承受负荷增加能力的临界值或接近临界值时， 任何使系统状态越出临界值的扰动( 如负荷的增加、系统故障或系统运行的正常 操作) 都将使负荷节点电压发生不可逆转的突然下降，而在电压突然下降之前的 整个过程中，发电机转子角度和节点电压相角并未发生十分明显的变化。正因为 如此，电压稳定的丧失是不易被运行人员察觉的。具有这类特点的电压稳定问题 通常被称为静态电压稳定问题。 电压失稳的特点之二是：电力系统故障后，为保证其功角暂态稳定及维持系 统频率，除了进行网络操作外，也可能进行自动切机切负荷等操作。由于系统结 构变得脆弱或全系统( 或局部) 电源支持负荷的能力变得脆弱，缓慢的负荷恢复 过程也可能导致电压失稳。由于电力系统在失去电压稳定前已处于动态过程中， 发电机及其控制器、负荷的动态行为都会对电压失稳产生影响。具有这类特点的 电压稳定问题称为动态电压稳定问题。 电压失稳的特点之三是：在电力系统发生故障或其他类型的大扰动后，伴随 4 山东大学博士学位论文 系统处理事故的过程中发电机之间的相对摆动，某些负荷节点电压发生不可逆转 的突然下降，而此时发电机之间的相对摆动可能并未超出电力系统功角失稳的程 度。这类电压稳定问题被称为暂态电压稳定问题。 通常，为了防止系统发生电压失稳崩溃事故，运行人员最为关心的问题是当 前电力系统运行状态是不是电压稳定的、系统离电压崩溃点还有多远或稳定裕度 有多大。因此，必须制定一个反映电压稳定程度的指标，以便运行人员做出正确 的判断和相应的对策【州。电力系统静态电压稳定指标作为规划和系统运行的重要 技术参数，应当具备以下几个特性：准确、线性、计算快速、信息含量大【2 7 】，这 些特性决定了确定静态电压稳定指标的难度和复杂性。按照分析方法的不同，常 用的电压稳定指标分为状态指标和裕度指标。状态指标只取用当前运行状态的信 息，计算比较简单，但一般来说存在非线性。裕度指标的计算涉及到过渡过程的 + 模拟和临界点的求取问题，包含的信息量较大，能够考虑到各种限制的发生，但 、 是计算速度较慢，而且事先要设定过渡过程。另外，按照电压稳定问题的研究范 。 围不同，又可分为局部指标和全局指标。从电压稳定指标的构造来看，还可以分 为由物理