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电力系统及其自动化论文-对无功优化的统一规划研究 第1章 绪 论 1.1 无功优化研究背景及意义 随着电力行业的迅速发展，电力需求的不断增长，保证电网安全、经济、优质运行变的至关重要。电力系统的无功电源如同有功电源一样，是保证电力系统电压质量、降低网络损耗以及安全运行所不可缺少的部分。电力系统无功优化是降低系统网损、提高电压质量的重要手段。 在我国的电网建设中，因为对无功的统一规划不足出现了许多问题，如无功的不合理分配和补偿量不足等，致使消耗大量的人力、物力但所取成效一般。无功分量导致的损耗是电力系统线路损耗的主要组成部分[1]，减少无功线损是降低线路损耗的有效手段，电力系统无功优化是目前作为降低网损提高电压运行水平的主要方法，即进行电力系统无功优化的研究显的尤为重要。 电力系统无功分布的合理与否对电力系统的稳定性和安全性产生很大的影响，并与经济效益也有一定的关联。无功过剩或补偿量不足都会对系统产生恶劣的影响，前者一则会造成资金和人力上的浪费，二来会恶化系统电压，损害系统的绝缘。而后者造成的不良影响比前者更甚，许多广为人知的大面积停电事故，如东京大停电、美国纽约大停电等，都是由于无功补偿量的不足造成的，更严重时还会引起系统瓦解、电压崩溃，造成重大的经济损失，带来灾难性的影响。因此，对电力系统实施无功优化显得尤为重要。对电力系统实施无功优化，所有由于无功分布不合理带来的恶劣后果都可得到一定程度上的消弱，从而使电压质量得到改善，保证电网运行的经济性和安全性。 1.2 研究现状及各种优化算法综述 无功优化问题本质上属于电力系统最优潮流的一个支系[4]，自六十年代初期以来，随着电网规模的日益扩大，以及一些重大停电事故的发生，无功优化问题受到了国内外广大学者们的重视。无功优化问题本身属于多目标、多变量、 - 1 - 多约束的混合非线性规划的范畴，它的优化变量由连续变量和离散变量组成，使得整个优化过程变的十分复杂[5，6]。概括起来，电力系统无功优化问题有以下主要特点： 非线性 无功优化所建立的目标函数和约束条件都是非线性的。在进行无功优化计算时，要满足潮流方程的功率平衡等式的约束，它是一个典型的非线性方程，因此不易求解； 离散性 在进行优化时，所调变压器分接头的档位及无功补偿装置的投切组数都是离散的整数； 复杂性 由于电力系统规模比较庞大，有很多的节点和出线，并且电压等级越低，其节点数就越多，网络结构变得更复杂，在无功优化求解的过程中，要满足更多的等式和不等式约束，求解的难度随之增加； 收敛与初值有关 无功优化问题是一个典型的非线性问题，存在着可能会有多个解的情况，在潮流计算时需要给定初始值，再通过反复迭代才能找到解，初始值的选取是否合理对潮流计算的收敛性有着很大的影响。 无功优化一经提出，就引起了众多研究者的支持和青睐，很多国际知名专家多年来就一直致力于这一领域的研究，至今也已经取得了较多的优秀成果。但由于研究出发点和所用方法的不同，所取得的研究成果也就存在一定的差异，这主要表现在以下几个方面[7]： 1. 所建优化模型的不同； 2. 目标函数的差异； 3. 求解目标函数所用优化算法的不同。 从目前研究成果的状况来看，无功优化问题的基本目标函数是成熟的，只是选取上的不同，因此对于无功优化的研究，众多学者更偏重于模型和算法上的创新，尤其是在算法上，学者们往往以提高算法的全局收敛性和收敛速度为目标，不断改进原有算法并引进新的算法，以期使无功优化效果达到更好。 1.2.1 经典优化算法 经典优化算法理论比较成熟，也较易掌握。它是按相应准则从某个初始点（即初始解）出发，在找到最优解之前需不断的进行改进和优化。极具代表性的算法有非线性规划法、线性规划法、混合整数规划法以及动态规划法等。 1.非线性规划法 电力系统无功优化问题本身就是一个非线性的，因此非线性规划法最早用于无功优化问题的求解，比较典型的方法有简化梯度法、牛顿法等。 简化梯度法 （Reduced Gradient Method,简称RG方法）是Dommel和Tinney针对有功和无功的最优化问题在1968年首次提出的。此算法就是国线性规划法[14]理论发展的已经比较成熟，其思想是利用泰勒级数把目标函数和约束条件展开，忽略泰勒展开后的高次项，进而在初始点就将非线性规划问题处理转化成了线性规划问题。这种方法比较简单，速度快，可靠性比较高，在电力系统有很大的应用。但是也存在一定的缺陷，如处理离散问题时效果不很理想，产生“维数灾”等问题。灵敏度分析法和混合整数规划法能有效地处理离散变量和连续变量共存的问题。其中比较经典的分支定界法是通过不断的缩小可行域最后到达最优解[16]。理论上是可以达到最优解的，但实际上需要经过大量的计算，因此，较 - 3 - 大系统采用此方法显