文档介绍：第1章绪论

最优化(Optimization ),指的是人们在生产过程或生活中为某个目的而选择的一个“最好”方案或一组“得力”措施以取得“最佳”效果这样一个宏观过程[1]。
过去,这种对最佳效果的追求只是凭借个人的经验或直觉进行的,有时也可能是列出不多的几个方案进行比较,从中选择一个。但是,不难理解,按这种方式作出的决定一般只能说是比较好的方案,并不能保证取得最好的效果。自从第二次世界大战以来,特别是近几十年来,随着科学技术的迅速进步和社会生产的大规模发展,管理和决策的内容变得异常庞杂,这就要求把对最佳效果的追求置于严格的数学理论基础和一整套系统化计算方法之上;另一方面,电子计算机的出现和发展,为严格、系统地完成对最佳效果的追求提供了快速高效的计算工具。因此,最优化理论和最优化算法得到了全面的开发和广泛的应用,成为应用数学中一个重要的分支和各行各业生产及日常管理中一门不可缺少的工具。
电力系统是现代社会中最重要、最庞杂的工程系统之一,是由发电厂、输电线、配电系统及负荷组成的[2]。由于其产品——电能在生产、输送、分配及使用等方面的明显优越性,电力系统实际供应着现代化社会生产和生活所需的绝大部分能量,相应地,也带来了其原材料——煤、石油等矿物燃料的大量耗费。对于这样一个大额输入、大额输出的生产系统,提高其运行效率、争取其运行优化的必要性是毋庸置疑的。事实证明,若能在保证供电的条件下减少燃料消耗,%,也将意味着全国每年能节约数以千万吨计的燃料。[1]因此,电力系统的优化运行问题长期以来一直受到电力系统工程技术人员和学者的重视,尤其是近20多年来这方面的研究成果很多,并在实践上不断取得进展。
电力系统最优运行是电力系统分析的一个重要分支,它所研究的问题主要是在保证满足用户用电需求(即负荷需求)的前提下,如何优化地调度系统中各发电机组或发电厂的运行工况,从而使系统发电所需的总费用或所消耗的总燃料耗量达到最小,这样一个运筹决策最优的问题。从数学模型上讲一般可将之描述为非线性规划或混合非线性规划问题。
电力系统的最优潮流也称为 OPF问题(optional power flow)是指在满足特定的系统运行和安全约束的条件下,通过调整系统中可利用控制手段(如发电机功率、变压器抽头、无功补偿设备等)实现预定目标最优的系统稳定运行状态。它把电力系统经济调度和潮流计算有机地融合在一起,以潮流方程为基础,将可靠性与电能质量化成相应的经济指标,进行经济与安全(包括有功和无功)的全面优化,是一个大规模的多变量、高维数、多约束、连续和离散变量共存的混合非线性规划问题。
电力系统最优运行原始研究工作可以追溯到1920年以前。只不过在20世纪60年代之前它所涉及的范围一直局限于单纯考虑优化后的经济性,而未顾及到安全性等因素,因此一直被称为电力系统经济运行或经济调度,其核心就是等耗量微增率分配原则。
但随着电力系统规模的发展,一次大面积的供电中断所导致的国民经济损失将能抵消优化运行数十年所产生的累计经济效益。国外近几年的系统运行证明了这一严峻的事实,尤其是前几年的美加大停电事故,这使系统运行的安全性被提到了与经济性等同的位置,甚至要优先考虑。因此,经典经济调度方法逐渐不能满足电力系统最优运行的需要,必须考虑约束条件。此外,经典经济调度方法还有以下两个方面缺点[3]:
(1)考虑网损微增率的协调方程在理论上被认为有缺陷,即具有病态形式。在推导它的过程中,没有反映平衡节点的作用,而且工作量大。
(2)经典经济调度方法除了可以考虑有功功率越限的约束之外,其他各种约束条件都不便引入,而各种安全性约束是应当遵守的。
60年代初期,Carpentier和Siroux在法国首先探讨了最优潮流问题。从此,电力系统最优运行理论展开了新的篇章。最优潮流是指满足各节点正常功率平衡及各种安全性不等式约束条件下,求以发电费用(或耗量)或网损为目标函数的最优潮流分布,它是最优化理论在电力系统中的应用,比起经典经济调度方法来说,它具有统筹兼顾、全面规划的优点,不但考虑系统有功负荷,而且考虑系统无功负荷的最优分配;不但考虑各发电单元的有功上、下限,还可以考虑各发电单元的无功上、下限,各节点电压大小的上、下限等。为了进一步反映系统间安全性限制,还可以考虑联络线功率限制,节点对的功角差限制等。这样一来,就能将安全性运行和最优经济运行等问题,综合地用统一的数学模型来描述,从而把经济调度和安全监控结合起来
[3]。

尽管最优潮流完美地统一了电力系统在安全和经济两方面的要求,但由于其等式约束和不等约束条件众多,考虑的情况比较复杂,计算工作量大,占用的内存多,计算速度慢,并且存在收敛性等问题,长期以