大电网暂态稳定控制优化研究
【摘要】：
我国计划在2010年-2020年间建成安全可靠、满足电能传输和市场化运营的全国范围联合大电网，保证其安全、稳定、优质、经济运行是一个重大和迫切的研究课题。作为“我国电力大系统灾变防治和经济运行的重大科学问题的研究”项目的子课题之一(G1998020301)和国电公司“联合电网的预防控制与紧急控制的协调技术”项目(SP11-2001-01-04)，本次工作从安全性与经济性协调的角度，对大电网暂态稳定预防控制优化、紧急控制优化、二者协调优化展开了较为系统的研究。故障是小概率事件，在长期付出较小代价和仅在故障发生后才付出较大代价之间，存在着决策的优化问题，需要从全局考虑解决系统稳定控制问题的最优方案。研究预防控制优化、紧急控制优化乃至二者的协调优化和自适应能力对市场环境下的全国联网规划、运行经济性和安全稳定性的保障都具有重要意义。另一方面，扩展等面积准则(ExendedEqual-Area Criterion-EEAC)的完善、在线控制方案及其相关技术的成熟、优化领域的进展克服了研究统一的大电网暂态稳定控制安全性和经济性协调的客观、主观瓶颈，提供了课题研究的可行性依据。充分发掘EEAC揭示的电力系统暂态稳定控制机理，融合适宜的优化思想，形成具有问题自身特色的优化方案，构成了本次工作的指导思路。
预防控制研究大多基于控制参数相对于系统暂态稳定裕度的灵敏度系数，本文分析了此类方法存在的不足和可能迭代不收敛的原因；依据EEAC的暂稳裕度量化指标和失稳模式概念，解决了起关键作用的暂稳约束的识别问题，克服了当前该领域中仅能研究小规模系统和／或少量预想事故约束的局限。通过对现有技术的改进，提出了“分群调度，择优控制，迭代逼近”预防控制技术，该技术是开放的控制方案，而不仅仅提供一个最终的优化结果：根据不同的控制目标，灵活地选择控制指标，设置控制过程。构造了系统主导映象动态鞍点的机组动能指标，使得仅通过一次稳定数值积分即可近似获得起关键作用的机组优先进行控制。实际电网算例仿真验证了上述技术的有效性。综合应用这些技术，提出了大电网在线预防控制优化框架。
浙江大学博士学位论文
己提出的紧急控制优化模型，为充分借鉴现有优化领域的进展，研究、开发有效
的紧急控制优化算法创造了条件。本文从模型分析、算法设计、应用的角度，依据计
算复杂性理论对此做了初步的探讨。类比N PC优化领域中典型的0-1背包问题，将
现有模型进行了复杂性归类，总结了求解此类复杂优化问题的实用可行的算法思路。
基于Tabu搜索设计了变邻域结构的局部搜索技术，提供了灵活控制寻优过程的途径;
全多项式时间复杂性近似策略的开发，使得0一1背包问题的求解成为了N户C问题近
似算法设计中最为成功的范例。文中阐述了算法1、2(现有实用的紧急控制寻优算法
和本文构造的算法)与之的相通之处，指出寻优初始基值策略是影响算法1、2性能的
关键因素，而算法1则是算法2在基值选择策略上的一种细化，为指导紧急控制优
化算法进一步改善和应用提供了很好的思路。
当前预防控制和紧急控制已被置于同一个优化过程和相应的协调优化框架，建立
了统一研究的优化模型。在此基础上，本文深入发掘EEAC揭示的电力系统暂态稳定
控制机理，系统地阐明了电力系统暂态稳定解祸控制概念，使包含大量暂态稳定约束
的稳控优化问题第一次获得清晰、直观的阐述，开辟了大电网暂态稳定控制优化的新
思路，为研究具有实际工程价值的大系统稳控优化奠定了必备的理论基础。进而提出
大电网稳控协调的“解祸迭代一聚合协调”全局优化策略，构造了大电网暂态稳定控
制协调优化的统一算法流程。在该全局优化策略的指导下，结合电力系统暂态稳控的
具体特点，研究、设计了一套具有自身特色的大电网预防控制和紧急控制协调优化算
法，实际电网仿真验证了所提算法的有效性。
本次工作充分发挥了EEAC在指导电力系统暂态稳定分析、控制中的理论优势，
为建立满足市场环境下互联大电网的安全经济运行要求的暂态稳定控制优化方案奠
定了理论、技术和工程应用基础。通过与工程现场的磨合，可望能早日为全国电网互
联和市场化运营提供实用的稳控优化工具。
【关键词】：扩展等面积准则 最优化 暂态稳定控制 预防控制 紧急控制 解耦控制 经典经济调度 启发式算法 【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：TM734
【DOI】：CNKI:CDMD:1.2004.050019
【目录】：
- 摘要4-6
- ABSTRACT6-16
- 第1章 绪论16-29
- 1.1 本课题研究的目的和意义16-17
- 1.2 暂态稳定控制优化研究现状及存在的问题17-22
- 1.2.1 稳定控制的数学模型17-18
- 1.2.2 稳定控制优化的目标函数18
- 1.2.3 稳定控制优化的约束条件18-20
- 1.2.4 稳定控制优化的控制变量20
- 1.2.5 稳定控制优化的寻优策略20-21
- 1.2.6 稳定控制的决策、实施时机21-22
- 1.3 本文研究的可行性依据和基本思路22-27
- 1.3.1 EEAC提供的理论基础22-23
- 1.3.2 在线控制方案提供的技术基础23-24
- 1.3.3 优化领域进展提供的方法基础24-27
- 1.3.4 本文研究的基本思路27
- 1.4 本文的主要工作27-29
- 第2章 预防控制优化研究29-46
- 2.1 引言29-30
- 2.2 当前研究的现状及存在的问题30-33
- 2.2.1 灵敏度系数应用中的问题30-32
- 2.2.2 基于数学规划方法中的问题32
- 2.2.3 其他研究32-33
- 2.3 基于EEAC理论的预想事故集稳定约束的处理33-35
- 2.3.1 依据UM的稳定约束集降阶、条理化33-34
- 2.3.2 依据稳定裕度的作用约束辨识34-35
- 2.4 “分群调度，择优控制，迭代逼近”的预防控制技术35-36
- 2.5 择优指标36-40
- 2.5.1 EEAC特有的反映系统暂态稳定机理的信息37-39
- 2.5.2 DSP点的机组动能指标39-40
- 2.6 在线预防控制优化框架40-41
- 2.7 仿真41-45
- 2.8 小结45-46
- 第3章 紧急控制优化研究46-64
- 3.1 引言46
- 3.2 紧急控制优化模型分析46-50
- 3.2.1 计算复杂性基本概念46-47
- 3.2.2 紧急控制优化模型47-50
- 3.3 算法研究50-57
- 3.3.1 当前相关优化研究进展51-53
- 3.3.2 基于TABU搜索的紧急控制寻优算法(算法2)53-57
- 3.4 算法性能分析57-62
- 3.4.1 0-1背包问题的Greedy系列算法性能度量58-60
- 3.4.2 算法1、2与Greedy系列算法的相通之处60-62
- 3.5 算法1为协调控制提供的“额外”信息62-63
- 3.6 小结63-64
- 第4章 预防控制和紧急控制协调优化研究64-74
- 4.1 引言64
- 4.2 暂态稳定控制优化研究的理论、方法基础64-67
- 4.2.1 暂态稳定量化分析64-66
- 4.2.2 暂态稳定控制机理66-67
- 4.3 预防控制与紧急控制协调模型67-69
- 4.3.1 模型的建立68
- 4.3.2 模型的优点68-69
- 4.4 大电网暂态稳定预防控制和紧急控制协调优化策略69-71
- 4.4.1 局部优化70
- 4.4.2 全局优化70-71
- 4.4.3 迭代控制71
- 4.5 大电网预防控制和紧急控制统一协调优化流程71-72
- 4.6 小结72-74
- 第5章 预防控制和紧急控制协调优化算法研究(Ⅰ)74-86
- 5.1 引言74
- 5.2 同UM事故集约束预防控制和紧急控制协调优化模型74-75
- 5.3 协调优化的图示75-76
- 5.4 寻优方案76-78
- 5.4.1 常用的分解寻优方案难以满足要求76-77
- 5.4.2 具有问题特色的分解寻优方案77
- 5.4.3 最优解必要条件77-78
- 5.4.4 算法思路78
- 5.5 单一UM故障集约束的协调优化算法78-81
- 5.5.1 协调优化算法开发的基础78-79
- 5.5.2 区域搜索算法的三个关键要素79-81
- 5.5.3 协调优化算法流程81
- 5.6 仿真81-85
- 5.6.1 单故障约束的协调优化控制82-84
- 5.6.2 相同UM的多故障约束下的协调控制84-85
- 5.7 小结85-86
- 第6章 预防控制和紧急控制协调优化算法研究(Ⅱ)86-95
- 6.1 引言86
- 6.2 局部优化与全局优化86-87
- 6.3 不同UM故障集约束预防控制和紧急控制协调优化模型87-88
- 6.4 暂态稳定协调控制优化88-92
- 6.4.1 预防控制冲突的机理及其判断88-89
- 6.4.2 冲突解决及其示意图89-91
- 6.4.3 全局协调的优化模型91
- 6.4.4 全局协调的优化算法91-92
- 6.5 仿真92-93
- 6.6 小结93-95
- 结论95-97
- 攻读博士学位期间发表的论文97-98
- 致谢98-99
- 参考文献99-111
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