PSD-OPF无功优化程序介绍

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1、1中 国 电 力 科 学 研 究 院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P1 PSD-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: 2006.08.9 吉 林 中 国 电 力 科 学 研 究 院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P2 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4 PSD-OPF软 件 采 用 算 法 简 介5 PSD-OPF软 件 的 使 用

2、 方 法 介 绍6 算 例 分 析7 开 发 近 况 中 国 电 力 科 学 研 究 院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P3 1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 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P4 2 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

3、 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 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P5 2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

4、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 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P6 2 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G kij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 。 LSi ijjijikij VVVVG cos2.min 22 中 国 电

5、力 科 学 研 究 院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P7 2 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 S G为 所 有 发 电 机 集 合 ； SR为 所 有 无 功 电 源 集 合 。 Bnj ijijijijjiDiGi nj ijijijijjiDiGi SiBGVVPP BGVVPP 0sincos 0sincos11 Biii RGiGiGi GGiGiGi SiVVV SiQQQ SiPPP 中 国 电 力 科 学 研 究 院 CHINA

6、 ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P8 2 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、 i 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 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P9 3无 功 优 化 国 内 外 研 究 现 状 多 年 来 ， 国 内 外 学

7、 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 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P10 3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

8、 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 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P11 4 PSD-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

9、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 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P12 4 PSD-OPF采 用 算 法 简 介二 、 混 合 遗 传 算 法 遗 传 算 法 （ GA： Genetic Algorithm） 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

10、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 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P13 2 PSD-OPF采 用

11、 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 CHINA ELECT

12、RIC POWER RESEARCH INSTITUTE P14 5 PSD-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

13、 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 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P15 5 PSD-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 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P16 5 PSD-OPF软 件 的 使 用 方 法 介 绍 中 国 电 力 科 学 研 究 院

14、CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P17 5 PSD-OPF软 件 的 使 用 方 法 介 绍 中 国 电 力 科 学 研 究 院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P18 5 PSD-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 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTIT

15、UTE P19 5 PSD-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 、

16、 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 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P20 5 PSD-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 ；

17、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 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P21 5 PSD-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

18、 示 该 节 点 为 平 衡 机 ， 填 写 格 式 ：B NAME BASE 101 PMIN PMAX QMIN QMAX VMAX VMIN -1类 型 节 点 ： 表 示 该 节 点 仅 无 功 连 续 可 调 ， 填 写 格 式 ：B NAME BASE -1 QMIN QMAX VMIN VMAX 中 国 电 力 科 学 研 究 院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P22 5 PSD-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 ： B NAME BA

19、SE -2 CG QMIN Q2 Q3 Q4 Q5 QMAX VMIN VMAX -3类 型 节 点 ： 表 示 该 节 点 的 电 压 有 特 殊 约 束 。填 写 格 式 ： B NAME BASE -3 VMIN VMAX 1类 型 节 点 ： 表 示 该 节 点 电 压 取 给 定 值 。 B NAME BASE 1 VS 中 国 电 力 科 学 研 究 院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P23 5 PSD-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

20、， 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 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P24 5 PSD-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

21、 ：S Name BASE VLN KP1 KQ1 VMAX VMIN PSD-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 ： P1/Pis=KP1 V1/VLN Q1/Qis=KQ1 V1/VLN 中 国 电 力 科 学 研 究 院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P25 5 PSD-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 1.0 KQ1是 无 功 静 特 性 系 数 ， 一 般 KQ1=

22、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 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P26 5 PSD-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

23、 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 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P27 5 PSD-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

24、， 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 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P28 5 PSD-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

25、 电 、负 荷 、 网 损 等 统 计 结 果 等 。 中 国 电 力 科 学 研 究 院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P29 6 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

26、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 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P30 6 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

27、 定 值确 定 。 节 点 电 压 的 上 下 限 ： 中 国 电 力 科 学 研 究 院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P31 6 算 例 分 析 把 离 散 变 量 按 连 续 变 量 处 理 ， 用 非 线 性原 对 偶 内 点 法 求 解 的 方 法 ； 改 进 非 线 性 原 对 偶 内 点 法 ； 混 合 遗 传 算 法 。 中 国 电 力 科 学 研 究 院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P32 6 算 例 分 析优化方法方法1方法2方法3初始网损0.6636 0.6636 0.6636优化后网损0.6328 0.6406 0.6357降低网损4.64% 3.47% 4.20%满足约束情况满足满足满足 中 国 电 力 科 学 研 究 院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P33 7 开 发 近 况 将 在 功 能 和 易 用 性 方 面 对 PSD-OPF程 序做 进 一 步 的 完 善 。 如 添 加 新 的 目 标 函 数 ， 考 虑电 压 稳 定 裕 度 等 等 。 中 国 电 力 科 学 研 究 院 CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE P34 谢 谢 ！