【摘要】：含離散控制的電網(wǎng)安全運(yùn)行控制是電力系統(tǒng)優(yōu)化的基本內(nèi)容和重點(diǎn)難題。本文先從短期電壓安全問(wèn)題著手,把短期電壓安全問(wèn)題描述為一般性的、具有某些典型數(shù)學(xué)特征(例如,多目標(biāo)、混合整數(shù)、動(dòng)態(tài)優(yōu)化等)的優(yōu)化模型。根據(jù)這些特征,本文借助一些已有的求解算法,包括前沿的人工智能算法以及經(jīng)典的數(shù)學(xué)(數(shù)值型)優(yōu)化算法等,并提出許多有用的改進(jìn),實(shí)施高效的求解。然后,動(dòng)態(tài)化建模和混合整數(shù)優(yōu)化(Mixed-Integer Optimization,MIO)方法被進(jìn)一步推廣到含離散控制的主動(dòng)配電網(wǎng)最優(yōu)運(yùn)行方式問(wèn)題,以便高效求解其中的離散控制難題,同時(shí)為經(jīng)典的運(yùn)行控制提供更精確的連續(xù)軌跡運(yùn)行方式。另外,隨機(jī)優(yōu)化算法被加入到最優(yōu)運(yùn)行方式問(wèn)題的求解,以便適應(yīng)高滲透新能源并網(wǎng)的安全運(yùn)行。具體而言,本文在如下四個(gè)方面取得了創(chuàng)造性成果:(1)一種含離散控制的發(fā)電-補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功協(xié)調(diào)控制策略被提出用于解決短期電壓失穩(wěn)問(wèn)題。短期電壓緊急調(diào)控問(wèn)題被描述為包含元件動(dòng)態(tài)、潮流方程以及安全約束的多目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型。一種新穎的多目標(biāo)強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法(Multi-Objective Reinforcement Learning,MORL)方法被用于緩解該模型求解的計(jì)算壓力,以及通過(guò)過(guò)濾支配解的方式獲得Pareto最優(yōu)解。與經(jīng)典的MORL方法相比,本文提出的MORL方法劃分完整的可行域?yàn)槿舾蓚�(gè)相對(duì)小的獨(dú)立區(qū)域,每個(gè)小區(qū)域各自完成支配解的過(guò)濾,以便減少Pareto最優(yōu)解的搜索范圍。除此之外,我們重新定義了狀態(tài)函數(shù)并引入了狀態(tài)敏感度的概念,以便給出代理學(xué)習(xí)和應(yīng)用環(huán)節(jié)的切換條件。為了擴(kuò)充Pareto前沿(Pareto Frontier,PF)的分布范圍,若干個(gè)疑似的Pareto最優(yōu)解也被引入到支配關(guān)系的比較。最后,通過(guò)Fuzzy決策策略,我們獲得了應(yīng)對(duì)短期電壓失穩(wěn)的折中方案。在某省級(jí)748節(jié)點(diǎn)電網(wǎng)上的算例驗(yàn)證了本文提出的MORL方法的高效性。(2)多目標(biāo)配置動(dòng)態(tài)無(wú)功源以便應(yīng)對(duì)短期電壓失穩(wěn),其中本文在規(guī)劃問(wèn)題的建模及其求解方面提出了獨(dú)特的見(jiàn)解。在動(dòng)態(tài)無(wú)功源的規(guī)劃建模上,本文同時(shí)優(yōu)化三個(gè)目標(biāo)函數(shù):1.STATCOM的安裝費(fèi)用;2.發(fā)電機(jī)調(diào)差的代價(jià);以及3.短期電壓安全指標(biāo)。其中STATCOM的規(guī)劃涉及到安裝地點(diǎn)(整數(shù)變量)和安裝容量(連續(xù)變量)。上述的規(guī)劃問(wèn)題可以采用多故障集下的短期電壓安全和功角穩(wěn)定約束的多目標(biāo)混合整數(shù)動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型來(lái)描述。在求解方法上,本文提出一種簡(jiǎn)化的凸松弛(Reduced Convex Relaxation,RCR)算法來(lái)處理整數(shù)變量的STATCOM安裝地點(diǎn),并且避免整數(shù)變量的組合爆炸問(wèn)題。為了獲得三目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題的完整PF,本文提出簡(jiǎn)化廣域規(guī)格化法平面約束法。該方法首先將三維下Utopia平面擴(kuò)大,以便PF能夠完整地被它的垂直投影所覆蓋;然后修剪Utopia平面上冗余的部分以減少計(jì)算量。在IEEE 39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)以及某實(shí)際1009節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)上的仿真結(jié)果表明所提的算法能夠有效處理整數(shù)變量以及獲得三維空間下完整PF。(3)動(dòng)態(tài)化構(gòu)建主動(dòng)配電網(wǎng)(Active Distribution Networks,ADNs)最優(yōu)運(yùn)行方式的模型,并提出采用混合整數(shù)求解方法實(shí)施求解。本文創(chuàng)新性地把MIO和動(dòng)態(tài)優(yōu)化(Dynamic Optimization,DO)有機(jī)地結(jié)合,轉(zhuǎn)而采用混合整數(shù)動(dòng)態(tài)優(yōu)化(Mixed-Integer Dynamic Optimization,MIDO)模型描述一天24小時(shí)的最優(yōu)運(yùn)行問(wèn)題。所提出的MIDO模型將負(fù)荷和分布式發(fā)電機(jī)的出力具體描述為連續(xù)光滑的軌跡,旨在為主動(dòng)配電網(wǎng)提供最優(yōu)的連續(xù)光滑調(diào)度軌跡。然而,在實(shí)際工程中,離散控制裝置需要被限制一天24小時(shí)的調(diào)節(jié)/切換次數(shù),表現(xiàn)為絕對(duì)值不等式約束,極大增加了MIDO模型的求解難度。因此,本文采用RCR法實(shí)現(xiàn)MIDO模型關(guān)于整數(shù)變量的簡(jiǎn)化凸轉(zhuǎn)換和緊松弛。這個(gè)過(guò)程將MIDO模型轉(zhuǎn)換為連續(xù)動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型,然后可以采用Radau排列法進(jìn)一步近似為非線(xiàn)性規(guī)劃模型。與此同時(shí),限制離散控制設(shè)備切換次數(shù)的絕對(duì)值不等式約束被等效替換為一系列的線(xiàn)性不等式約束。在IEEE 33節(jié)點(diǎn)、PGE 69節(jié)點(diǎn)和實(shí)際的110節(jié)點(diǎn)ADNs上的數(shù)值仿真結(jié)果論證了所提算法的高效性。(4)應(yīng)用簡(jiǎn)維度、稀疏網(wǎng)格型的隨機(jī)排列點(diǎn)法(Stochastic Collocation Method With Dimension-Reduced Sparse Grid,SCM-W-DRSG)求解含隨機(jī)輸出的ADNs最優(yōu)運(yùn)行方式,重點(diǎn)展示SCM-W-DRSG在隨機(jī)優(yōu)化上的優(yōu)勢(shì)。SCM-W-DRSG并不關(guān)心隨機(jī)優(yōu)化模型的真實(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu),而把模型看做黑盒子,只關(guān)注黑盒子的輸入和輸出;借助某些多項(xiàng)式與輸入函數(shù)之間的張量積,模擬黑盒子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及對(duì)應(yīng)的輸出。并且,SCM-W-DRSG綜合了稀疏網(wǎng)格以及簡(jiǎn)維度的思路,升級(jí)了隨機(jī)排列點(diǎn)法模擬黑盒子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的整體方案,解決了網(wǎng)格配置點(diǎn)之間組合爆炸的問(wèn)題。以經(jīng)典的Monte Carlo法為基準(zhǔn),SCM-W-DRSG對(duì)優(yōu)化模型的近似效果優(yōu)秀,獲得極其精確的運(yùn)行費(fèi)用以及調(diào)度方式。并且,SCM-W-DRSG的求解效率極高,其計(jì)算時(shí)間遠(yuǎn)短于經(jīng)典的Monte Carlo法;甚至在采樣場(chǎng)景海量的時(shí)候,出現(xiàn)了經(jīng)典的Monte Carlo法不能求解但SCM-W-DRSG可求解的情況。另外,提升SCM-W-DRSG的階數(shù)確實(shí)能提高近似黑盒子的精度,但將伴隨計(jì)算時(shí)間增長(zhǎng)。然而,相比采樣場(chǎng)景增長(zhǎng)的情況,該情況下計(jì)算時(shí)間的增長(zhǎng)是可接受的。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TM73;TP18

【參考文獻(xiàn)】

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1 鄧卓明;劉明波;;求解多目標(biāo)暫態(tài)電壓緊急控制的強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法[J];華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2015年12期

2 歐陽(yáng)逸風(fēng);劉明波;;暫態(tài)電壓安全多目標(biāo)混合整數(shù)最優(yōu)控制模型及凸松弛方法[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2015年23期

3 蘇華鋒;;35kV±200 MVA STATCOM暫態(tài)響應(yīng)分析[J];高電壓技術(shù);2015年10期

4 劉錦寧;劉洋;何偉斌;;±200 MVA STATCOM裝置直流電壓控制策略?xún)?yōu)化[J];高電壓技術(shù);2015年10期

5 張俊峰;李鵬;蘇寅生;李智歡;;勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)優(yōu)化整定存在的風(fēng)險(xiǎn)分析[J];電力系統(tǒng)自動(dòng)化;2015年20期

6 劉錦寧;劉洋;何偉斌;;±200M var靜止同步補(bǔ)償器的電網(wǎng)電壓控制策略[J];電力自動(dòng)化設(shè)備;2015年05期

7 王建華;王東明;;水鄉(xiāng)站±200Mvar STATCOM接入電網(wǎng)的方案和整定分析[J];電工技術(shù);2014年07期

8 魏偉;饒宏;許樹(shù)楷;黃佳胤;黎小林;李巖;傅闖;趙勇;;大容量靜止同步補(bǔ)償器在南方電網(wǎng)的應(yīng)用[J];南方電網(wǎng)技術(shù);2013年06期

9 安軍;穆鋼;鄭太一;王明星;劉柏林;姜旭;;改善電網(wǎng)電壓水平的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)優(yōu)化策略[J];電力系統(tǒng)自動(dòng)化;2013年23期

10 李婷;劉明波;;求解多目標(biāo)協(xié)調(diào)二級(jí)電壓控制的簡(jiǎn)化強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2013年31期

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2 盧凱昕;東莞電網(wǎng)安穩(wěn)控制策略研究及實(shí)現(xiàn)[D];華南理工大學(xué);2018年

3 朱銳欽;水鄉(xiāng)莞城片區(qū)電網(wǎng)穩(wěn)控系統(tǒng)控制策略研究[D];華南理工大學(xué);2017年

4 柴峗;考慮暫態(tài)安全穩(wěn)定約束的受端電網(wǎng)緊急控制研究[D];山東大學(xué);2017年

5 曹陽(yáng);提高暫態(tài)電壓穩(wěn)定水平的緊急控制策略研究[D];湖南大學(xué);2015年

6 余克生;南方電網(wǎng)±200MVar STATCOM的工程實(shí)施[D];華南理工大學(xué);2015年

7 黃安平;智能電網(wǎng)下電壓無(wú)功優(yōu)化協(xié)調(diào)控制研究[D];華南理工大學(xué);2011年

8 趙昀;有關(guān)強(qiáng)化學(xué)習(xí)的若干問(wèn)題研究[D];南京理工大學(xué);2009年

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本文編號(hào)：2630137