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暂态能量约束的最优潮流研究

夏世威  
【摘要】:在“建设以特高压为骨干网架,各级电网协调发展的坚强智能电网”的战略下,如何同时保证电网运行的安全性和经济性是亟待解决的问题,研究兼顾系统安全性和经济性的暂态稳定约束最优潮流(Optimal power flow with transient stability constraints, OTS)具有重要的理论意义和实用价值。本文研究了OTS的能量约束模型和快速计算方法,以解决经验性机组转角约束的故障不适应性问题和OTS求解过程复杂冗长的计算效率问题。 为了克服转角约束的经验性,本文对OTS问题的能量约束模型进行了研究。基于集成扩展等面积法则,提出了暂态能量约束的最优潮流模型,避免了转角约束阈值的经验性取值。提出的暂态能量约束模型对不同的系统和故障条件均具有适应性,同时减少了不等式约束数目。针对计及阀点效应和碳排放的OTS问题非凸、不可导性,本文采用不依赖导数的粒子群优化方法求解。暂态能量约束的最优潮流模型适应性强,粒子群优化方法可靠有效,二者结合构成了OTS问题的求解基础。 OTS问题因同时含有暂态稳定分析和最优潮流内容,其求解复杂、优化速度慢,因此本文在能量约束模型的基础上,进一步从稳定分析和优化方法改进的角度,提出了增强OTS问题求解效率的有效措施。 为了提高OTS中的暂态稳定分析效率,本文对并行的变阶多步Taylor级数法进行了研究。基于数值分析理论,构造了易于动态阶数控制的多步Taylor级数法。理论分析表明该变阶Taylor级数法具有较好的稳定域,且在暂态稳定分析时可以根据计算精度有效地实现导数的阶数控制,消除固定阶数的多步Taylor级数法的计算冗余。进而结合计算机技术,将并行策略融入Taylor级数法高阶导数计算中,提出了空间并行的多步高阶Taylor级数的暂态稳定计算方法,从数学解法和并行计算两个层面提高了暂态稳定分析速度,为OTS中的高效暂态稳定分析打下了基础。 为在OTS中快速判断系统稳定性,本文研究了电力系统动态安全域的快速求解方法。无论是求取动态安全域的解析法或是拟合法都需要至少寻找一个临界稳定功率点,常规的基于二分式的时域仿真法寻找临界稳定功率点效率低。基于暂态能量裕度的灵敏度概念,本文提出了临界稳定功率点的灵敏度迭代算法,并计算了电力系统的动态安全域。提出的暂态能量裕度灵敏度方法求解动态安全域快速准确,可直接省去OTS中的部分暂态稳定分析过程,提高优化速度。 为了加快OTS问题的优化过程,本文改进了粒子群优化算法,对快速求解OTS问题的综合计算方法进行了研究。通过非线性动态调整惯性权重系数、自我认知系数及社会学习系数,提出的改进粒子群优化算法(IPSO)收敛速度快、优化能力强。基于上述并行变阶多步Taylor级数法、电力系统的动态安全域、IPSO算法,本文最终形成了求解OTS问题的综合计算方法。仿真结果表明提出的综合方法减少了OTS问题的计算耗时且获得满意的优化结果,可快速有效地求解OTS问题。


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