搜索
工程硕士研究生选题报告及论文工作计划研究生姓名学号院(系、所)电力工程系学科、专业电力系统及其自动化学校指导教师专业技术职务企业指导教师专业技术职务入学日期2012年3月15日拟选论文题目：配电网无功补偿与管理系统研究及XX地区无功优化实践选题报告会地点：教一楼218选题报告会日期：年月日文献综述与选题报告要求：1.查阅并阅读一定数量的文献资料，写出3000字以上（不含图表）的文献综述与选题书面报告，要求选题报告中引用的文献应在10篇以上，其中外文资料应占1/3左右；2.书面报告内容应包括：选题背景及其意义，国内外研究动态，本论文的主要研究工作、课题研究内容，预期成果和可能的创新点等；3.填好“选题报告及论文工作计划”表，连同书面报告一起交院（系），由院（系）交研究生院（筹）备案；4.详细要求参见研究生培养方案和华北电力大学硕士研究生必修环节实施细则；5.书面报告的格式见附件。阅读国内外文献情况：国内文献约33篇，国外文献约15篇导师对选题报告的评语（就研究生对该研究领域国内外研究现状的了解情况、研究方法、研究手段、预期成果予以评价）：导师签名：年月日评审小组对选题的意见（是否同意选定该课题、是否同意选题报告通过、以及对下一阶段研究工作的建议；其他建议，如限期重作选题报告、终止培养建议等）：评审小组成员签名：年月日论文工作计划论文工作的总体时间安排：第一阶段：2010年12月——2011年1月构建配电网潮流计算模型，潮流计算是配电网无功优化的基础，为配电网运行经济性评价打下良好基础。建立无功优化模型，无功优化问题是一个多变量、多约束的混合证书非线性规划问题，其操作变量既有连续变量又有离散变量，使得优化过程十分复杂。针对配电网自身特点简化层次分析法的计算过程，提高计算速度。第二阶段：2011年2月——2011年7月立配电网无功优化管理系统，在优化计算中将无功补偿装置的年运行费用加入到目标函数中，有效避免了为了降低一点网损去对电网的运行状态进行较大的调整，提高了实时控制的平稳性，降低频繁调整对设备造成的损害。第三阶段：2011年8月——2012年4月采用正确有效的评价方法，建立综合评价模型，并改进遗传算法对配电网无功补偿情况做出科学、全面、直观的结论。以当地实际运行的配电网为例，对其管理系统进行系统、科学的评价，反映配电网无功补偿状况，详细分析XX地区无功优化实践。依据评价结果给出降损节能，提高系统经济性的相关措施，将配电网无功补偿管理系统推向实用化。第四阶段：2012年4月——2012年4月论文写作、修改、定稿，做好参加答辩准备。论文实际工作预计完成日期：工作条件（图书资料、实验设备、经费及其他条件）落实情况：论文选题来源、项目所属类别（国家重点、部委、省（市）、企事业委托、校重点、自选等）及经费来源情况：论文类型⑴基础（理论）研究⑵应用基础（理论）研究⑶应用研究⑷开发研究⑸其它院系审核：审核人：年月日（公章）附件：配电网无功补偿与管理系统研究一、选题背景及其意义电力系统的运行管理不仅要重视安全可靠性还要考虑其运行的经济性以及对企业效益和社会效益的影响，随着市场经济的进一步发展，能源意识的增强，电力系统的运行经济性日趋突出和重要。如何实现科学管理，在保证安全可靠的同时科学利用和优化配置系统资源，降低运行损耗，提高供电电能质量，最终提高企业效益和社会效益，越来越受到人们的关注和重视。多年来，我国高压输电网络的管理很受重视，有了较多的研究成果，在实践当中得以广泛应用并且效果明显，而配电网的研究由于历史原因一直没有得到应有的重视，尤其是城镇和农村配电网重视程度更低。配电网是电力系统的重要组成部分之一，在电力系统的各环节中，配电网处于末端直接与用户相联系，尽管国家实施两网改造工程以来众多配电网自动化系统设备、装置应运而生，但都仅限于提高供电可靠性方面，对其经济运行却研究相对较少。长期以来，重视有功调度而忽视无功功率的分布，导致大量无功功率在配电网中流动，既增加了配电网有功损耗，又影响了电压质量，降低了配电网运行效率。因而对于如何利用和配置无功资源进一步降低配电网损耗，提高电压合格率，提高配电网运行经济性的研究无论从运行实际还是从研究现状来看都表现出很强的迫切性。配电网无功优化研究的主要内容包括无功优化数学模型、优化控制手段及无功优化算法。配电网无功优化的数学模型通常由优化目标函数、等式约束和不等式约束三部分组成。配电网无功优化的目标函数是多种多样的，主要可分为如下三大类1．以全网有功网损最小为目标；2．以综合经济效益最大为目标；3．多目标综合最优。等式约束一般为系统的潮流方程，不等式约束则由控制变量不等式约束和状态变量不等式约束组成。控制变量不等式约束构成一般分为如下二种情况：1．对于针对某个时间断面的系统负荷状况进行无功优化控制的静态无功优化而言，控制变量不等式约束仅为“空间”上的静态约束，如变压器分接头档位上下限约束、电容器补偿容量上下限约束等，有时也包括配电网中的小发电机组机端电压上下限约束以及静态并联补偿器无功出力上下限约束；2．对于根据前一天的负荷预测曲线，给出第二天24小时的无功优化控制设备动作方案的动态无功优化而言，控制变量不等式约束除包含上述“空间”上的静态约束外，还包含“时间”上的动态约束，如24小时内变压器分接头总调节次数约束和24小时内电容器总投切次数约束等。状态变量不等式约束属于安全性约束，如负荷节点电压上下限约束、配电网中小发电机组无功出力上下限约束、支路潮流上下限约束、支路两端电压相角差上下限约束等。近年来，我国配电网运行的自动化水平已得到很大的提高，调度自动化系统SCADA/EMS(SupervisoryControlAndDataAcquisition/EnergyManageSystem)也已得到普及，在现场运行中具有较高的可靠性和稳定性，SCADA的“四遥”功能日趋完善。计算机技术迅速发展，使电力系统管理维护人员对配电网的优化管理提出了更新、更高的要求。如何利用计算机强大的数据存储和分析计算功能，实现无功资源的优化配置？如何借助已有调度自动化系统的基础条件，通过软件实现电网的无功优化实时闭环控制等等这些问题是当前地区电网电压无功优化控制问题的研究热点。配电网无功优化与管理系统就是建立在已有SCADA系统的基础之上，实现配电网内无功优化实时闭环控制。二、国内外研究现状2.1配电网无功补偿控制设备目前广泛应用于配电网的无功功率补偿控制设备主要包括：同步发电机，有载调压变压器，无功补偿装置。2.1.1同步发电机配电网中发电机数目相对较少，是首先被考虑的调压手段，因为它控制方便，不需要附加设备，不需要额外投资，充分利用了发电机本身具有所发出或吸收无功功率的能力。发电机发无功的能力由发电机的PQ极限曲线决定，与同时发出的有功有关，发电机的运行极限就体现为图1.1中曲线段OA，AB，BC和虚线T所包围的面积，发电机发出有功、无功功率所对应的运行点位于这一面积内时，发电机可保证安全运行。合理使用发电机调压能够很大程度减少其他调压措施的负担，对于波动频繁的负荷，可以利用发电机的快速、连续可调的特点进行无功补偿，以减少电容器等无功补偿设备的投切次数，不失为可行的办法。一般调节发电机机端电压，只能满足小范围电压调节要求，对于大功率的无功负荷，需要其他调节手段配合才能保证电压质量。图1.1发电机运行极限图2.1.2有载调压变压器有载调压变压器不能作为无功电源，相反还消耗电网中的无功功率，属于无功负荷之一。但有载调压变压器分接头的调节不但可以改变变压器各侧的电压，同时也对变压器各侧的无功功率的分布产生影响，是配电网中各个电压等级实现电压无功控制的重要手段。2.1.3无功补偿装置同步调相机(SynchronousCondenser-SC)是传统的无功功率动态补偿装置，它是专门用来产生无功功率的同步电机，在过励磁或欠励磁的不同情况下，可以分别发出不同大小的容性或感性无功功率。自二三十年代以来的几十年中，同步调相机在电力系统无功功率控制中一度发挥着主要作用。然而，由于它是旋转电机，因而损耗和噪声都较大，运行维护复杂，而且由于控制复杂造成响应速度慢，在很多情况下已无法适应快速无功功率控制的要求。所以70年代以来，同步调相机开始逐渐被静止型无功补偿装置(StaticVarCompensator-SVC)所取代，目前有些国家甚至已不再使用同步调相机。在很长一段时内，机械投切的无功补偿电容器以其原理简单，安装、运行和维护方便等优点在各配电网中广泛应用。但大量的实际应用表明，投切过于频繁影响电容器开关的使用寿命，增大运行维护工作量，通常在实际中要限制电容器组操作次数。电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，将使用晶闸管的静止无功补偿装置推上了电力系统无功功率控制的舞台。由于使用晶闸管的静止无功补偿装置具有优良的性能，所以，近10多年来，在世界范围内其市场一直在迅速而稳定地增长，已占据了静止无功补偿装置的主导地位。其快速的响应，适中的价格，使其在电力系统中得以迅速的推广。以上三种配电网无功补偿控制设备对提高系统功率因数，稳定节点电压，改善无功分布，减少网络损耗起到了积极作用，但都以接入节点为优化对象，随着综合自动化系统的推广应用及人们对电压质量要求的提高，这种“各自为政”的分散调节方式的劣势日渐明显，主要表现在：(1)随着负荷的周期变化，因相互影响，各调节设备的分散调节明显加长了调节过程，甚至产生过补偿现象，产生电压越限及额外损耗；(2)分散的补偿装置无法通过联合调节实现配电网无功功率的综合管理，这种“各自为政”的调节方式使得装置只考虑设备自身接入节点情况，未能利用电网网络供电的特性，最大程度地通过多套装置配合动作，减少设备的动作次数，提高系统的稳定性；(3)各种补偿装置缺乏数据传输通道，不能为控制中心提供实时无功、电压波形及直观的无功潮流分布图，无法实现无功优化策略的闭环控制，很难适应配电网自动化的要求。2.2配电网无功优化算法研究现状配电网无功优化问题是一个多变量、多约束条件的非线性规划问题，其操作变量既有连续变量，又有离散变量，这使得优化过程十分复杂。长期以来，国内外的许多专家、学者对输电网的无功优化算法进行了大量的研究和探索工作，从各个角度提出了多种方法，在一定程度上为配电网的优化运行提供了参考的依据。在我国，配电网无功优化计算和应用也受到越来越多的关注和研究。另外计算机技术的飞速发展和近代数学优化方法的引入为无功优化问题的研究开辟了新的领域。配电网无功优化算法概括起来可分为传统的数学优化算法和人工智能算法两大类。传统的数学优化算法包括非线性规划法、线性规划法、混合整数规划法、动态规划法等。传统优化算法可以考虑模型中各变量之间的关系，能够从全局上把握问题，原理上比较严格，计算速度快，但由于配电网络无功优化问题是大规模的非线性整数规划问题，变量数目很多，约束条件复杂，通常要对数学模型作简化处理，容易丢失最优解。传统优化算法解得精度与初值的选取密切相关，如果初值离最优解很远，则只能找到局部最优解。而且传统方法一般要求目标函数可微或线性化，对于含离散变量的无功优化问题有较大误差。人工智能搜索算法包括遗传算法、模拟退火方法、禁忌算法、人工神经网络法等，这些算法是通过对一些进化过程的模拟实现的，对于搜索空间基本上不需要限制性假设，具有全局寻优能力，弥补了传统数学规划算法的不足，但是人工智能技术大多是一种广泛的，随机的搜索方法，缺乏严格的数学依据。2.3无功优化管理软件的开发现状随着计算机技术、信息管理与数据通讯技术以及智能化测控技术的迅速发展，我国配电网正逐步实现自动化。我国目前在上海、北京、沈阳、银川等市进行配电自动化的试点，这将为配电网管理系统在全国范围内的推广实施提供参考。中国电力科学院研制的PSASP7.0版的OPF软件包的主要功能是在潮流计算的基础上进行电力系统的有功、无功优化计算，主要针对离线计算。优化的目标函数包括：电力系统网损最小、煤耗或发电费用最小、无功补偿经济效益最大等。提供的控制变量包括：发电机的有功功