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1、2024/9/151中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP1PSD-OPFPSD-OPF无功优化程序介绍无功优化程序介绍 陈陈 勇勇中国电力科学研究院系统所中国电力科学研究院系统所E-mail: 2002006.08.9 6.08.9 吉林吉林中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP2主要内容主要内容1 1 无功优化的概念及其意义无功优化的概念及其意义2 2无功优化基础无功优化基础3 3无功优化国内外研究现状无功优化国内外研究现状4 PSD-OPF4 PSD
2、-OPF软件采用算法简介软件采用算法简介5 PSD-OPF5 PSD-OPF软件的使用方法介绍软件的使用方法介绍6 6 算例分析算例分析7 7 开发近况开发近况中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP31无功优化的意义无功优化的意义无功优化的概念无功优化的概念无功优化的意义无功优化的意义中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP42无功优化理论基础无功优化理论基础 无无功功优优化化在在数数学学上上是是带带约约束束的的非非线线性性优优化化问问题题，包包括括变变量量
3、集集合合、约约束束条条件件和目标函数。和目标函数。 变量主要包括：变量主要包括：控控制制变变量量：发发电电机机有有功功出出力力、发发电电机机无无功功出出力力或或机机端端电电压压、变变压压器器和和移移相相器器的的抽抽头头、无功补偿等无功补偿等状态变量：节点电压和支路功率等状态变量：节点电压和支路功率等中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP52无功优化理论基础无功优化理论基础无功优化的约束条件：无功优化的约束条件： 各节点有功、无功功率平衡约束各节点有功、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各发电机和调相机的无
4、功出力上下限约束 并联电容器并联电容器/ /电抗器的容量约束电抗器的容量约束 变压器抽头位置约束变压器抽头位置约束 各节点电压幅值上下限约束各节点电压幅值上下限约束 中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP62无功优化理论基础无功优化理论基础目标函数有目标函数有: :系统网损最小系统网损最小运行电压质量最好运行电压质量最好经济效益最好经济效益最好以系统网损最小为目标函数为例以系统网损最小为目标函数为例G Gkijkij功功为为第第k k条条支支路路( (连连接接节节点点i i和和节节点点j)j)的的电电导导，V Vi i、V
5、Vj j第第i i、j j个节点的电压幅值。个节点的电压幅值。中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP72无功优化理论基础无功优化理论基础 等式约束（节点功率平衡方程）等式约束（节点功率平衡方程）不等式约束不等式约束 S SB B为为所所节节点点集集合合S SG G为为所所有有发发电电机机集集合合； S SR R为所有无功电源集合。为所有无功电源集合。中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP82无功优化理论基础无功优化理论基础P PGiGi、Q QGiGi 为
6、发电机为发电机i i的有功、无功出力的有功、无功出力P PDiDi、Q QDiDi 为节点为节点i i的有功、无功负荷；的有功、无功负荷；V Vi i、i i 为节点为节点i i的电压幅值与相角；的电压幅值与相角；G Gijij、B Bijij 为为节节点点导导纳纳阵阵的的第第i i行行第第j j列列元素的实部与虚部；元素的实部与虚部；中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP93无功优化国内外研究现状无功优化国内外研究现状 多多年年来来，国国内内外外学学者者对对无无功功优优化化开开展展了了大大量量的的研研究究工工作作，提提出出
7、了了一一系系列列的的优优化化算算法法，总总结结起起来来主主要要有有两两大大类：类： 基于数值计算的常规优化方法基于数值计算的常规优化方法 基基于于启启发发式式搜搜索索技技术术的的非非数数值值优化方法优化方法 中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP103无功优化国内外研究现状无功优化国内外研究现状 也也有有一一些些研研究究者者将将这这两两类类方方法法结结合合起起来来进进行行研研究究，如如混混沌沌优优化化与与线线性性内内点点法法相相结结合合， 遗遗传传算算法与内点法相结合等等。法与内点法相结合等等。 近近年年来来，蚁蚁群群算算法
8、法和和粒粒子子群群算算法法在在无无功功优优化化中中也也得得到到了了广广泛应用。泛应用。 中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP114PSD-OPF采用算法简介采用算法简介一、改进的原对偶内点法一、改进的原对偶内点法 原原对对偶偶内内点点法法本本质质上上是是拉拉格格朗朗日日函函数数、牛牛顿顿法法和和对对数数壁壁垒垒函函数数三三者者的的结结合合。PSD-PSD-OPFOPF采采用用的的是是改改进进的的非非线线性性原原对对偶偶内内点点法法即即内内含含二二次次罚罚函函数数法法的的非非线线性性原原对对偶偶内内点点法法，较较好好的的解解
9、决决了了连连续续变变量量和和离离散散变变量量混混和和的的无无功功优优化化问问题题，在在计计算算速速度度、收收敛敛性性能能和和迭代精度上均较优。迭代精度上均较优。 中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP124PSD-OPF采用算法简介采用算法简介二、混合遗传算法二、混合遗传算法 遗遗传传算算法法（GAGA：Genetic Genetic AlgorithmAlgorithm）是是模模拟拟生生物物在在自自然然环环境境中中的的遗遗传传和和进进化化过过程程而而形形成成的一种自适应全局优化概率搜索算法。的一种自适应全局优化概率搜索算法
10、。 基基于于数数值值计计算算的的常常规规无无功功优优化化方方法法常常常常得得到到的的是是局局部部最最优优解解非非全全局局最最优优解解，而而基基于于GAGA的的无无功功优优化化方方法法有有许许多多优优良良特特性性, ,能能可可靠靠地地找找到到近近似似全全局局最最优优的的计计算算结结果果，而而且且可可以以方方便便地地和和其其他他数数值值优优化化方方法法或或人人工工智智能能方方法法相相结结合合，形形成成混混合合遗遗传算法。传算法。 中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP132PSD-OPF采用算法简介采用算法简介 GAGA还还有有
11、一一个个优优势势，就就是是在在待待求求解解问问题题不不存存在在可可行行解解时时，也也能能够够输输出出一一个个越越限限最最小小、最最逼逼近近可可行行域域的的优优化化解解，传传统统算算法法将将难难以以给给出出适适当当的的方方案。案。 PSD-OPFPSD-OPF根根据据无无功功优优化化的的特特点点对对简简单单遗遗传传算算法进行了改进，主要包括以下几个方面法进行了改进，主要包括以下几个方面: :编码方式编码方式交叉方式交叉方式罚函数系数罚函数系数交叉率交叉率PcPc和变异率和变异率PmPm采用禁忌算法改进局部搜索采用禁忌算法改进局部搜索 中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRIC
12、POWERRESEARCHINSTITUTEP145PSD-OPF软件的使用方法介绍软件的使用方法介绍为与为与PSD-BPA潮流程序接口，潮流程序接口，PSD-OPF的输入数据采用程序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与已有电网有这些都要求无功优
13、化程序与已有电网分析程序相联接。分析程序相联接。PSD-OPF采用文件采用文件形式与形式与BPA程序完全联接，数据文件可程序完全联接，数据文件可以相互通用。以相互通用。中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP155PSD-OPF软件的使用方法介绍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中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP165PSD-OPF软件的使用方法介绍软件的使用方法介绍中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRICP
14、OWERRESEARCHINSTITUTEP175PSD-OPF软件的使用方法介绍软件的使用方法介绍中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP185PSD-OPF软件的使用方法介绍软件的使用方法介绍原始数据的要求包括两方面的内容：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优化计算所需要的各种信息及数据中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP195PSD-OPF软件的使用方法介绍软件的使用方法介绍
15、PSD-BPA程序潮流数据文件中起作程序潮流数据文件中起作用的卡片有用的卡片有B卡、卡、L卡、卡、E卡，卡，T卡、卡、R卡、卡、PZ卡、注释卡或删除卡。这些卡基本不用修卡、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。较优化前后的潮流。B卡，只有三种卡，只有三种B卡、卡、BS卡和卡和BQ卡子型有卡子型有效，其他子型要改成效，其他子型要改成B卡或卡或BQ卡卡，BS卡和卡和PSD-BPA潮流程序中一样只能有一个。潮流程序中一样只能有一个。L卡、卡、E卡、卡、T卡和卡和PZ卡卡和和PSD-BPA潮流潮流程序中的一样。程序
16、中的一样。中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP205PSD-OPF软件的使用方法介绍软件的使用方法介绍R卡：该卡用于控制有载调压卡：该卡用于控制有载调压（LTC）的调节状态，它定义了可调节）的调节状态，它定义了可调节的抽头范围。需要注意的是的抽头范围。需要注意的是:1）该卡和）该卡和T卡成对出现，卡成对出现，T卡中指定卡中指定的抽头为初始参量，包含在的抽头为初始参量，包含在R卡的抽头卡的抽头范围内，与抽头某档位完全一致；范围内，与抽头某档位完全一致；2）所有的有载调压变压器都按离散）所有的有载调压变压器都按离散的抽头调节方
17、式；的抽头调节方式；3）同一个节点不许同时出现两个或）同一个节点不许同时出现两个或以上的可调变压器。以上的可调变压器。中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP215PSD-OPF软件的使用方法介绍软件的使用方法介绍优化文件中的优化文件中的B卡：该卡为节点调节类型说明卡，共卡：该卡为节点调节类型说明卡，共有有4种调节类型，它们是种调节类型，它们是101，-1，-2，-3，1类型。类型。分别说明如下：分别说明如下：101类型节点：表示该节点为平衡机，填写格式：类型节点：表示该节点为平衡机，填写格式：BNAMEBASE101PMIN
18、PMAXQMINQMAX VMAX VMIN-1类型节点：表示该节点仅无功连续可调，填写格式：类型节点：表示该节点仅无功连续可调，填写格式：BNAMEBASE-1QMINQMAX VMIN VMAX中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP225PSD-OPF软件的使用方法介绍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。类型节点：表示该节点无功分组可调。填写格式：填写格式：BNAMEBASE-2CGQMINQ2Q3Q4Q5QMAXVMINVMAX-3类型节点：表示该节点的电压有特殊约束。类型节点：表示该节点的电压有特
19、殊约束。填写格式：填写格式：BNAMEBASE-3VMINVMAX1类型节点：表示该节点电压取给定值。类型节点：表示该节点电压取给定值。BNAMEBASE1VS中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP235PSD-OPF软件的使用方法介绍软件的使用方法介绍使用要点：使用要点：第一列为第一列为“B”，其后数据按先后顺序排，其后数据按先后顺序排列，以空格隔开。列，以空格隔开。节点注入有功及无功以及负荷均为有名节点注入有功及无功以及负荷均为有名值（值（MW，MVAR）-1类型和类型和1类型节点必须为类型节点必须为*.dat潮流潮流数
20、据文件中数据文件中BQ节点。节点。没有设置母线类型的节点，其电压约束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。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中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP245PSD-OPF软件的使用方法介绍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：卡为负荷静态特性说明卡，填写格式：SNameBASEVLNKP1KQ1VMAXVMINPSD-OPF考虑负荷静特性的办法是把负荷功率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：当作该节点电压的线性函数，即：P
21、1/Pis=KP1V1/VLNQ1/Qis=KQ1V1/VLN中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP255PSD-OPF软件的使用方法介绍软件的使用方法介绍其中其中:KP1是有功静特性系数，一般是有功静特性系数，一般KP1=0.61.0KQ1是无功静特性系数，一般是无功静特性系数，一般KQ1=2.03.5。Pis、Qis是该节点在额定电压是该节点在额定电压VLN情况下的负荷情况下的负荷功率。功率。使用要点：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特性系数KP及及K
22、Q值为准。值为准。S放第一列，其后数据按先后顺序排列，以空格放第一列，其后数据按先后顺序排列，以空格隔开。隔开。中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP265PSD-OPF软件的使用方法介绍软件的使用方法介绍删除卡或说明卡删除卡或说明卡:删除卡或说明卡是在该行的第删除卡或说明卡是在该行的第1列位置写一个列位置写一个“.”号，表示该行不起作用。号，表示该行不起作用。结束卡结束卡:在在*.OP文件最末一行，从第文件最末一行，从第1列开始填写列开始填写(END)，表示，表示*.OP文件结束。文件结束。中国电力科学研究院中国电力科学研
23、究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP275PSD-OPF软件的使用方法介绍软件的使用方法介绍优化计算完毕后，可以生成两个文优化计算完毕后，可以生成两个文件，一个为件，一个为*.OPO文件，存放优化结果，文件，存放优化结果，文件名和文件名和*.OP文件名相同。另一个文件文件名相同。另一个文件是是LF.DAT，此文件是否输出由参数设，此文件是否输出由参数设置中设定，该文件可以作为置中设定，该文件可以作为PSD-BPA程序的潮流输入文件。程序的潮流输入文件。中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUT
24、EP285PSD-OPF软件的使用方法介绍软件的使用方法介绍输出结果文件中的信息有：计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（或功率情况及节点电压表，线路（或变压器）潮流和线损，全网发电、变压器）潮流和线损，全网发电、负荷、网损等统计结果等。负荷、网损等统计结果等。中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP296算例分析算例分析PSD-OPF无功优化程序在优化算法上有所突无功优化程序在优化算法上有
25、所突破和创新，对传统的原对偶内点法和遗传算法进破和创新，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。到国内领先水平。PSD-OPF程序已经在多个实际电网中得到程序已经在多个实际电网中得到应用，这里宁夏电网某大方式为例，基准功率为应用，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为了便于分析比较，我们采用了三种优化方法：法：中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRI
26、CPOWERRESEARCHINSTITUTEP306算例分析算例分析考虑到发电机机端电压对主网的影响，其考虑到发电机机端电压对主网的影响，其母线电压要求在母线电压要求在0.951.05之间。之间。有载调压变压器的变比、电容器有载调压变压器的变比、电容器/电抗器电抗器和发电机无功出力的上下限按系统给定值和发电机无功出力的上下限按系统给定值确定。确定。节点电压的上下限：节点电压的上下限：中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP316算例分析算例分析把离散变量按连续变量处理，用非线性把离散变量按连续变量处理，用非线性原对偶内点法求
27、解的方法；原对偶内点法求解的方法；改进非线性原对偶内点法；改进非线性原对偶内点法；混合遗传算法。混合遗传算法。中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP326算例分析算例分析优化方法优化方法方法方法1方法方法2方法方法3初始网损0.66360.66360.6636优化后网损0.63280.64060.6357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中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP337开发近况开发近况将在功能和易用性方面对将在功能和易用性方面对PSD-OPF程序程序做进一步的完善。如添加新的目标函数，考虑做进一步的完善。如添加新的目标函数，考虑电压稳定裕度电压稳定裕度等等等等。中国电力科学研究院中国电力科学研究院CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEP34 谢谢 谢！谢！
