配电网运行决策中的优化算法研究

【摘要】： 在配电系统运行中实施自动化控制,对提高配电运行安全、可靠和经济水平意义重大。在此背景下,本文就配电网运行决策中基本的理论、算法,如配电潮流、电容器投切、网络重构等,进行了深入的研究,以期丰富和发展配电自动化领域的理论和实践。 对配电网存在少环的潮流处理方法进行了研究。对于纯环状网络,若指定合环点(支路的首节点或末节点),则以合环点所属支路为连枝,其它支路为树枝,生成节点支路关联矩阵,再根据基本回路矩阵与关联矩阵之间的转换关系得到基本回路矩阵;若没有指定合环点,则广度优先搜索先确定连枝,再指定连枝的首节点或末节点作为合环点,采用与指定合环点相同的方法生成基本回路矩阵。这样就有效避免了少环网计算需人工指定合环点和独立回路,使算法更具有实际应用价值,而且广度优先搜索确定合环点处的两端节点到根节点的逻辑距离(支路数)相差很小,电压差通常不大,所以合环电流小,在一定程度上减少了潮流计算的迭代次数。 就辐射状配电网电容器优化投切问题,给出了两种实用化算法。一是辐射网电容器优化投切的作用范围法。该算法根据配电网络电容器优化投切就是使无功就地平衡的思想及配电网辐射状运行的特点,提出节点最优条件并作为启发式规则,在不考虑电容器容量限值的条件下,获得电源及电容器的作用范围;再根据提出的电容器补偿的两个基本规则,在电源及电容器作用范围的基础上,并计及电容器容量限值,计算电容器实际注入无功电流,采用同级归整法得到电容器的投切组数。二是基于潮流前推回推思想提出的一种辐射网电容器优化投切实用化算法。给出局部树的概念,并将配电网络划分为多个局部树,对局部树分别进行电容器优化投切,这样就将电容器优化投切的大规模优化问题分解为多个子问题,提高了计算效率,在局部树优化过程中,利用无功就地平衡规则,缩小局部树上的解空间,使快速计算局部树上电容器优化投切成为可能;然后分析了具有相同根节点的局部树间电容器投切相互影响的规律,给出快速计算它们相互影响的算法;最后将局部树及局部树间的电容器优化投切算法嵌入到前推回推潮流计算中,算法具有很好的收敛性。第一种算法还可判断出电容器实际安装的组数是否满足作用范围内的无功需求,指导进一步优化网络,降低网损,算例表明,第二种算法计算速度更快,更适合现场实际应用。 就配电网重构问题,提出一种通过生成树并追求最优重构结果的方法。根据配电网重构结果一定是辐射网的特点,将网络重构这一复杂的非线性组合优化问题转化为获取图的最小生成树问题,以简化的最优流模式法得到的网络结构作为参考,并给出理想网络及比较规则,以此为依据,在扩展生成树过程中,通过理想网络和参考的比较,使生成树过程中避免无效子图的处理,在保证最优解的前提下,提高了计算效率,对大规模配电网有较好的适应性。 在电容器投切和网络重构研究基础上,对配电网络综合优化问题进行了研究。在采用有效减小生成树数量方法进行网络重构后,对最后得到的所有网损小于参考的网损的辐射状网络结构,分别采用基于前推回推思想的辐射网电容器优化投切方法进行电容器优化投切,而不是只对网损最小的网络结构进行电容器优化投切,更易获得网损较小的优化方案;在电容器优化投切后,利用支路交换法支路交换前后网损估算公式判别电容器有投切后是否需要进行网络重构,避免了交替迭代法电容器有投切后一定进行网络重构计算,从而使计算效率有所提高。在综合优化得到的优化方案基础上,再应用辐射网电容器优化投切作用范围法,计算电容器的作用范围,判断电容器的额定安装组数是否满足其作用范围内无功需求,进而指导进一步优化网络,降低损耗。 最后,介绍了含风力发电机组的潮流算法,在此基础上,结合非序贯Monte-Carlo模拟法与已提出的电容器投切算法及网络重构算法,初步探讨了含风电机组的网络重构和电容器投切问题。