PSD-OPF无功优化程序介绍2006080903

1中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP1PSD-OPF无功优化程序介绍陈勇中国电力科学研究院系统所E-mail:[e-mail]2006.08.9吉林中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP2主要内容1无功优化的概念及其意义2无功优化基础3无功优化国内外研究现状4PSD-OPF软件采用算法简介5PSD-OPF软件的使用方法介绍6算例分析7开发近况中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP31无功优化的意义无功优化的概念无功优化的意义中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP42无功优化理论基础无功优化在数学上是带约束的非线性优化问题，包括变量集合、约束条件和目标函数。变量主要包括：控制变量：发电机有功出力、发电机无功出力或机端电压、变压器和移相器的抽头、无功补偿等状态变量：节点电压和支路功率等中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP52无功优化理论基础无功优化的约束条件：各节点有功、无功功率平衡约束各发电机和调相机的无功出力上下限约束并联电容器/电抗器的容量约束变压器抽头位置约束各节点电压幅值上下限约束中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP62无功优化理论基础目标函数有:系统网损最小运行电压质量最好经济效益最好以系统网损最小为目标函数为例Gkij功为第k条支路(连接节点i和节点j)的电导，Vi、Vj第i、j个节点的电压幅值。LSiijjijikijVVVVGcos2.min22中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP72无功优化理论基础等式约束（节点功率平衡方程）不等式约束SB为所节点集合SG为所有发电机集合；SR为所有无功电源集合。BnjijijijijjiDiGinjijijijijjiDiGiSiBGVVPPBGVVPP0sincos0sincos11BiiiRGiGiGiGGiGiGiSiVVVSiQQQSiPPP中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP82无功优化理论基础PGi、QGi为发电机i的有功、无功出力PDi、QDi为节点i的有功、无功负荷；Vi、θi为节点i的电压幅值与相角；Gij、Bij为节点导纳阵的第i行第j列元素的实部与虚部；中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP93无功优化国内外研究现状多年来，国内外学者对无功优化开展了大量的研究工作，提出了一系列的优化算法，总结起来主要有两大类：基于数值计算的常规优化方法基于启发式搜索技术的非数值优化方法中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP103无功优化国内外研究现状也有一些研究者将这两类方法结合起来进行研究，如混沌优化与线性内点法相结合，遗传算法与内点法相结合等等。近年来，蚁群算法和粒子群算法在无功优化中也得到了广泛应用。中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP114PSD-OPF采用算法简介一、改进的原对偶内点法原对偶内点法本质上是拉格朗日函数、牛顿法和对数壁垒函数三者的结合。PSD-OPF采用的是改进的非线性原对偶内点法即内含二次罚函数法的非线性原对偶内点法，较好的解决了连续变量和离散变量混和的无功优化问题，在计算速度、收敛性能和迭代精度上均较优。中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP124PSD-OPF采用算法简介二、混合遗传算法遗传算法（GA：GeneticAlgorithm）是模拟生物在自然环境中的遗传和进化过程而形成的一种自适应全局优化概率搜索算法。基于数值计算的常规无功优化方法常常得到的是局部最优解非全局最优解，而基于GA的无功优化方法有许多优良特性,能可靠地找到近似全局最优的计算结果，而且可以方便地和其他数值优化方法或人工智能方法相结合，形成混合遗传算法。中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP132PSD-OPF采用算法简介GA还有一个优势，就是在待求解问题不存在可行解时，也能够输出一个越限最小、最逼近可行域的优化解，传统算法将难以给出适当的方案。PSD-OPF根据无功优化的特点对简单遗传算法进行了改进，主要包括以下几个方面:编码方式交叉方式罚函数系数交叉率Pc和变异率Pm采用禁忌算法改进局部搜索中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP145PSD-OPF软件的使用方法介绍为与PSD-BPA潮流程序接口，PSD-OPF的输入数据采用程序PSD-BPA潮流程序的数据格式。电网优化计算结果是一个静态的最优点，为了系统能安全可靠的运行，有时需要对优化结果作各种稳定检查，另外，数据能相互通用，将为计算人员带来许多方便。所有这些都要求无功优化程序与已有电网分析程序相联接。PSD-OPF采用文件形式与BPA程序完全联接，数据文件可以相互通用。中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP155PSD-OPF软件的使用方法介绍PSD-OPF主菜单-〉计算-〉参数设置:中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP165PSD-OPF软件的使用方法介绍中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP175PSD-OPF软件的使用方法介绍中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP185PSD-OPF软件的使用方法介绍原始数据的要求包括两方面的内容：普通潮流计算所要求的数据优化计算所需要的各种信息及数据中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP195PSD-OPF软件的使用方法介绍PSD-BPA程序潮流数据文件中起作用的卡片有B卡、L卡、E卡，T卡、R卡、PZ卡、注释卡或删除卡。这些卡基本不用修改即可以用于优化程序，而且可以方便的比较优化前后的潮流。B卡，只有三种B卡、BS卡和BQ卡子型有效，其他子型要改成B卡或BQ卡，BS卡和PSD-BPA潮流程序中一样只能有一个。L卡、E卡、T卡和PZ卡和PSD-BPA潮流程序中的一样。中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP205PSD-OPF软件的使用方法介绍R卡：该卡用于控制有载调压（LTC）的调节状态，它定义了可调节的抽头范围。需要注意的是:1）该卡和T卡成对出现，T卡中指定的抽头为初始参量，包含在R卡的抽头范围内，与抽头某档位完全一致；2）所有的有载调压变压器都按离散的抽头调节方式；3）同一个节点不许同时出现两个或以上的可调变压器。中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP215PSD-OPF软件的使用方法介绍优化文件中的B卡：该卡为节点调节类型说明卡，共有4种调节类型，它们是101，-1，-2，-3，1类型。分别说明如下：101类型节点：表示该节点为平衡机，填写格式：BNAMEBASE101PMINPMAXQMINQMAXVMAXVMIN-1类型节点：表示该节点仅无功连续可调，填写格式：BNAMEBASE-1QMINQMAXVMINVMAX中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP225PSD-OPF软件的使用方法介绍-2类型节点：表示该节点无功分组可调。填写格式：BNAMEBASE-2CGQMINQ2Q3Q4Q5QMAXVMINVMAX-3类型节点：表示该节点的电压有特殊约束。填写格式：BNAMEBASE-3VMINVMAX1类型节点：表示该节点电压取给定值。BNAMEBASE1VS中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP235PSD-OPF软件的使用方法介绍使用要点：第一列为“B”，其后数据按先后顺序排列，以空格隔开。节点注入有功及无功以及负荷均为有名值（MW，MVAR）-1类型和1类型节点必须为***.dat潮流数据文件中BQ节点。没有设置母线类型的节点，其电压约束值采用参数设置中的的系统电压上下限。中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP245PSD-OPF软件的使用方法介绍S卡为负荷静态特性说明卡，填写格式：SNameBASEVLNKP1KQ1VMAXVMINPSD-OPF考虑负荷静特性的办法是把负荷功率当作该节点电压的线性函数，即：ΔP1/Pis=KP1×ΔV1/VLNΔQ1/Qis=KQ1×ΔV1/VLN中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP255PSD-OPF软件的使用方法介绍其中:KP1是有功静特性系数，一般KP1=0.6～1.0KQ1是无功静特性系数，一般KQ1=2.0～3.5。Pis、Qis是该节点在额定电压VLN情况下的负荷功率。使用要点：负荷静特性系数的缺省值以程序参数设置中的静特性系数KP及KQ值为准。S放第一列，其后数据按先后顺序排列，以空格隔开。中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP265PSD-OPF软件的使用方法介绍删除卡或说明卡:删除卡或说明卡是在该行的第1列位置写一个“.”号，表示该行不起作用。结束卡:在***.OP文件最末一行，从第1列开始填写(END)，表示***.OP文件结束。中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP275PSD-OPF软件的使用方法介绍优化计算完毕后，可以生成两个文件，一个为*.OPO文件，存放优化结果，文件名和*.OP文件名相同。另一个文件是LF.DAT，此文件是否输出由参数设置中设定，该文件可以作为PSD-BPA程序的潮流输入文件。中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP285PSD-OPF软件的使用方法介绍输出结果文件中的信息有：计算收敛说明信息，有载调压变压器抽头最佳位置放置表，节点发、受功率情况及节点电压表，线路（或变压器）潮流和线损，全网发电、负荷、网损等统计结果等。中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP296算例分析PSD-OPF无功优化程序在优化算法上有所突破和创新，对传统的原对偶内点法和遗传算法进行了改进和工程化，并已经在几个实际电网的无功优化中获得成功验证，实践表明该程序已经达到国内领先水平。PSD-OPF程序已经在多个实际电网中得到应用，这里宁夏电网某大方式为例，基准功率为100MVA。为了便于分析比较，我们采用了三种优化方法：中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP306算例分析考虑到发电机机端电压对主网的影响，其母线电压要求在0.95～1.05之间。有载调压变压器的变比、电容器/电抗器和发电机无功出力的上下限按系统给定值确定。节点电压的上下限：中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP316算例分析把离散变量按连续变量处