基于并行計(jì)算和粒子群優(yōu)化算法的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化問題研究.pdf

1、近年來，伴隨我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展，電力工業(yè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，電力系統(tǒng)規(guī)模日益擴(kuò)大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，對(duì)調(diào)度管理工作提出了更高的要求。其中一個(gè)重要的方面就是更好的保證系統(tǒng)的無功功率合理分布、完善電網(wǎng)無功調(diào)度，以降低電網(wǎng)有功損耗，提高電壓質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性。因此，快速、高質(zhì)量的求解電力系統(tǒng)無功優(yōu)化問題對(duì)于電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行意義重大。
　　 粒子群優(yōu)化算法已用于包括無功優(yōu)化在內(nèi)的電力系統(tǒng)各種優(yōu)化問題中，表現(xiàn)出了較好的尋優(yōu)能力和收斂速度，但是

2、它的計(jì)算量較大，串行求解速度難以滿足實(shí)時(shí)需求。本文圍繞如何快速、高質(zhì)量求解無功優(yōu)化的問題，結(jié)合粒子群優(yōu)化算法和應(yīng)用日趨廣泛的并行計(jì)算技術(shù)，主要做了以下研究：
　　 論文首先介紹了電力系統(tǒng)無功優(yōu)化問題的研究背景、基本概念和研究意義，然后綜述了近年來得到廣泛研究和豐富發(fā)展的各種無功優(yōu)化問題求解方法和思路，并分析了不同方法的特點(diǎn)，同時(shí)介紹了并行計(jì)算技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)及其在電力系統(tǒng)多個(gè)研究領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀。
　　 第二章首先簡(jiǎn)要介紹了

3、粒子群優(yōu)化算法的基本原理和數(shù)學(xué)模型。然后抓住粒子群優(yōu)化算法的固有并行性，結(jié)合基于消息傳遞接口的并行計(jì)算技術(shù)，提出了一種主從式并行粒子群優(yōu)化算法用于求解電力系統(tǒng)無功優(yōu)化問題，并且詳細(xì)介紹了算法的并行結(jié)構(gòu)以及相關(guān)并行知識(shí)。在該算法中，整個(gè)粒子群的尋優(yōu)工作被分配給多個(gè)進(jìn)程并行完成，其中主進(jìn)程的主要任務(wù)為粒子群的初始化和更新，而從進(jìn)程的主要任務(wù)為潮流和適應(yīng)值的計(jì)算。最后在一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)上對(duì)一系列測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了仿真優(yōu)化，結(jié)果表明，并行粒子群優(yōu)化算

4、法的尋優(yōu)性能較強(qiáng)，并且能夠充分利用計(jì)算資源，獲得了較高的加速比和并行效率。
　　 第三章針對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化問題求解困難、計(jì)算量大的問題，提出了基于消息傳遞接口技術(shù)的主從并行粒子群優(yōu)化算法求解計(jì)及變壓器分接頭和并聯(lián)無功補(bǔ)償器調(diào)節(jié)成本的動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。在一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)上對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的結(jié)果表明了該算法能夠有效的求解動(dòng)態(tài)無功優(yōu)化問題，在減小網(wǎng)絡(luò)損耗的同時(shí)避免了對(duì)控制設(shè)備過于頻繁的調(diào)節(jié)，并且擁有較好的并行性能，能大幅縮短

5、求解時(shí)間。
　　 第四章針對(duì)大規(guī)模電力系統(tǒng)無功優(yōu)化控制變量規(guī)模龐大、求解速度慢的問題，提出了一種基于電網(wǎng)分區(qū)的主從二級(jí)并行粒子群優(yōu)化算法。該算法首先將一個(gè)大規(guī)模電力系統(tǒng)分解成多個(gè)子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)均有一個(gè)粒子群對(duì)其進(jìn)行獨(dú)立的無功優(yōu)化，而每個(gè)子系統(tǒng)的優(yōu)化任務(wù)都由主進(jìn)程分配到一個(gè)子進(jìn)程組來完成；在每個(gè)進(jìn)程組內(nèi)部，都有一個(gè)“組長(zhǎng)”進(jìn)程，它負(fù)責(zé)粒子群的初始化和更新等任務(wù)，并將潮流和適應(yīng)值的計(jì)算任務(wù)分配給該進(jìn)程組中的從進(jìn)程完成。這樣，便構(gòu)成

6、了一種金字塔式的主從二級(jí)并行結(jié)構(gòu)。每次迭代完成后，由主進(jìn)程將各子系統(tǒng)的最優(yōu)解對(duì)應(yīng)的控制變量收集起來，然后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行一次潮流計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果發(fā)送到各進(jìn)程組，以便它們更新子系統(tǒng)邊界節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。最后，在一個(gè)小規(guī)模PC機(jī)群上對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行仿真優(yōu)化，結(jié)果表明該算法大大降低了大規(guī)模無功優(yōu)化的求解難度，利用成本低廉的并行計(jì)算資源便可以在短時(shí)間內(nèi)找到較優(yōu)解。
　　 為了獲得比第四章算法更好的全局尋優(yōu)性能，第五章針對(duì)大規(guī)模無功優(yōu)化問題換了新

7、的求解思路，提出了一種并行協(xié)同粒子群優(yōu)化算法。該算法采用對(duì)等模式為主的二級(jí)并行方案求解無功優(yōu)化問題。第一級(jí)并行是指引入?yún)f(xié)同進(jìn)化思想，通過控制變量分組，將原大規(guī)模優(yōu)化問題分解成幾個(gè)相互關(guān)聯(lián)的子優(yōu)化問題，每一個(gè)子優(yōu)化問題對(duì)應(yīng)一個(gè)子粒子群，各子粒子群相互合作、協(xié)同求取最優(yōu)解。第二級(jí)并行是指用粒子群優(yōu)化算法求解子優(yōu)化問題時(shí)，使用多個(gè)進(jìn)程并行求解，進(jìn)程間采用對(duì)等模式分配計(jì)算任務(wù)，使得計(jì)算負(fù)荷更平衡，通信次數(shù)和通信量更少，提高了優(yōu)化效率。此外，為了