电力系统无功优化的模型及算法综述①
许文超 郭 伟
(东南大学电气工程系 南京 210096)
SUMMARIZE OF REACTIVE POWER OPTIMIZATION MODEL AND ALGORITHM I N ELETRIC POWER SYSTEM
Xu Wenchao Guo Wei
(Dept.of Electrical Engineering,South east Univ ersity,Nanjing,210096)
ABSTRACT In this pape r Reactiv e Pow er Optimiza tio n (R PO)and its histo r y ar e intro duced in brief.Th en the pape r makes a summar y of sev er al cla ssical optima l models and the model in elect ricity mar ke t,and ana ly ses some compar ativ ely ex cellent optima l algo rithm.So me ex istent pro blems ar e also bro ught o ut accor ding to the demand of r ea l-time optima l co ntro l.
Key Words Reactiv e po w er optimizatio n(RPO),Algo-rithm,M o del,Electric po w er system
摘要 本文简要介绍了电力系统无功优化的历史,综合评述了比较经典的优化模型和电力市场下的无功优化模型,分析比较了多种较为优秀的优化算法,并根据全网无功实时优化控制的要求提出了现存的一些有待解决的问题。
关键词 无功优化 算法 模型 电力系统
1 引言
自J.Carpentier在上世纪60年代初首先提出了电力系统最优潮流(OPF)的概念后,电力系统潮流优化问题在理论上和实际应用上已经有了很大发展。而无功优化问题是O PF中一个重要的组成部分,几十年来国内外很多专家学者对此开展了大量的研究工作[1～4]。
随着电力系统的复杂化,除了系统规划、运行要考虑无功优化,高压支流输电及灵活交流输电、电力市场等更多的领域也涉及到无功优化问题,对无功优化方案及控制手段的要求也越来越苛刻[5][6]。本文对其中的无功优化问题及其研究现状进行分析,通过对以往无功优化模型算法的优缺点的比较,希望能够对今后的研究有所帮助。
2 无功优化的数学模型
无功优化问题是指某电力系统在一定运行方式下,满足各种约束条件,达到预定目标的优化问题,它涉及无功补偿装备投入地点的选择、无功补偿装置投入容量的确定、变压器分接头的调节和发电机机端电压的配合等,是一个多约束的非线性规划问题。
2.1 经典的数学模型
电力系统无功优化问题一般可以表示为以下的数学模型:
min f(u,x)
s.t.g(u,x)=0
h(u,x)≤0
(1)
式(1)中涉及到控制变量(u)和状态变量(x)。u是可人为调节的变量,可包括:P Q发电机节点的无功功率、可调变压器的抽头位置、无功补偿设备的容量及PV和平衡节点的电压模值。x可包括除平衡节点外其它所有节点的电压相角、除发电机或具有无功补偿设备的节点的电压模值。
目标函数有多种考虑角度。从经济性角度出发的经典模型是考虑系统的网损最小化,目标函数为[7]:
min f1=min∑
n
l
k=1
G k(i,j)[U2i+U2j-2U i U j cos(W i-W j)](2)式中:n l为网络总支路数;G k(i,j)为支路i-j的电导;U i、U j分别为节点i、j的电压;W i、W j分别为节点i、j的相角。
从系统安全性出发的经典模型是选取节点电压偏离规定值最小为目标函数[7]:
min f2=min∑
n
j=1
|U j-U spec j|
ΔU j(3)
①本文2002年5月17日收到
本文修改稿2002年7月9日收到
式中:n 为除平衡节点外节点总数;U spec j 为节点给定电压值;ΔU spec j 为节点电压给定最大偏移值。
而对系统往往需要同时考虑经济性和安全性,所以出现了同时考虑电压稳定裕度最大和有功网
损最小的多目标函数的无功优化模型[8～10]。
约束条件包括等式约束和不等式约束,等式约束即满足潮流方程;不等式约束可考虑:PV 节点或平衡节点的电压、可调变压器的抽头、发电厂的无功出力、无功补偿装置的容量等控制变量的上下界,PQ 节点的电压幅值、PV 或平衡节点的无功注入、支路电流幅值、支路的视在功率、支路两端电压角度差等运行边界约束。例如针对式(1)模型,可以考虑如下的约束条件:s.t.
P i -U i ∑j =n
j =1U j (G i j cos W i j +B ij sin W ij )=0
Q i -U i ∑j =n
j =1U j (G ij sin W ij +B ij co s W
ij )=0Q G i
min
≤Q Gi ≤Q G i max Q Ci
min
≤Q Ci ≤Q Ci max
U i min ≤U i ≤U i max
W ij min ≤W i j ≤W ij max
T i min ≤T i ≤T i
max
(4)
式中:P i 、Q i 分别表示节点i 注入的有功、无功功率;Q Gi min 、Q Gi max 、Q Ci min 、Q Ci max 分别表示第i 发电机
无功出力下限、上限和第i 无功补偿器无功补偿容量的下限、上限;U i min 、U i max
分别表示节点i 电压幅
值上下限,T i min
、T i max 表示第i 可调变压器分接头
调节范围。
2.2 电力市场下的数学模型
众所周知,传统的无功优化模型里有很多因素尚未考虑,目标函数大多考虑有功网损最小或者电压实际偏差量最小。随着电力市场理论的完善及其推广,专家学者意识到无功合理定价的重要性,倪以信等提出了考虑无功成本的电力市场下的无功优化模型[11][12]
,即在计及电力系统无功电价的基础上提出无功优化补偿的模型,其目标函数为系统发电总成本C 。C =
∑i ∈N
G
[C
g pi
(P Gi )+C gqi (Q G i )]+
∑j ∈N
C
C
cj
(Q C j )
(5)
其中:N G 为发电机节点总数;N C 为具有无功补偿
器的节点总数;C g pi (P Gi )为节点i 有功发电成本函数;C gqi (Q Gi )为节点i 无功发电成本函数;C cj (Q Cj )为节点j 的无功补偿器运行成本函数。此优化模型
考虑了无功发电成本和无功补偿器的成本等,对于无功优化问题的结果有一定修正作用,适应电力市场需求。
3 传统的无功优化算法
60年代后,运筹学上的多种优化方法,几乎都在无功优化计算上作了研究、尝试和应用。其中比较经典的算法有:梯度类算法,牛顿法,二次规划法和线性规划法。
H .W.Domm el 和W.F.Tinney 在1968年提出了简化梯度法[13]
解决有功和无功最优问题,这是国外最早出现的较有影响的无功优化算法,对后来的研究产生了很大的影响。接着David I.Sun 和严正等提出了牛顿优化算法[14][15]
,其中拉格朗日扩展目标函数的稀疏海森矩阵可以较简洁地用来求解最优无功潮流,十分透彻地利用了电力系统导纳矩阵的稀疏结构。针对无功优化目标函数形式为二次函数的电力系统,出现了二次规划(Sequential Quadratic Prog ramming )算法,它要求无功优化目标函数具有二次函数的形式,这是一种特定形式的非线性规划解。现实的电力系统是分布参数的非线性系统,要控制这样的系统,就需要大量的计算空间和时间,为了适应实时控制的需要,产生了线性规划这种模型。由于二次规划目标函数的一阶偏导数是线性的,所以二次规划又可以转化为线性规划问题进行求解。
表1将上述经典算法进行了比较。在它们的基础上又衍生出很多算法,例如文献
[16]
中基于解耦
方法,以各支路无功潮流为规划变量,并考虑了支路无功损耗的影响,构造了适用于35～110kV 的电力系统的无功优化二次规划模型;为了防止目标函数和控制变量的振荡现象,文献[1]中用线性灵敏度法分析无功优化控制问题,提出了修正控制变量搜索方向和对偶线性规划相结合的方法,减少了优化计算时间,但是误差较大;文献[17]中提出用虚拟变量方法解算无功优化问题,从理论上保证了线性规划模型的可解性和最优性。
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101·2003年第1期 电力系统无功优化的模型及算法综述
表1 经典的无功优化算法比较
经典算法
性能比较
优 点缺 点
梯度类算法原理最基本,最简单在接近最优点时会出现最速下降搜索方法的锯齿现象;对罚函数和梯度步长的选取要求严格,收敛慢;不能有效处理函数不等式约束
牛顿法可以很好地利用电力系统导纳矩阵的稀疏性在处理不等式约束方面不够成熟,尚不能有效处理无功优化中的大量不等式约束
二次规划法优化精度较高;可方便处理各种等式和不等式
约束
计算时间随变量和约束条件数目的增加而急剧增长;在
求临界可行问题时可能导致不收敛
线性规划法数据稳定,计算速度快,收敛可靠,便于处理各
种约束条件;理论上比较完善成熟
将目标函数线性化后误差大,精度不高,需不断进行多
次潮流计算,故计算效率不很高
此外,各种不同类型的内点法[18～20]被不断提出,如仿射尺度法、路径跟随法等。用它们解线性规划或者二次规划问题的主要优点是计算时间对问题的规模不敏感,不会随问题规模的增大而显著增大。仿射变换内点法也多次被应用来解决电压无功优化问题[21～25],但由于采用了线性目标函数,计算效率不高。文献[26]是新近提出的一种原-对偶法内点法内嵌函数的算法,可有效的求解连续变量和离散变量混和的无功优化问题,在计算速度、收敛性能和迭代精度上均较优。目前使用的一些比较成熟的电力系统计算软件中就使用了内点法进行无功优化,例如电科院的PSASP综合程序中的无功优化部分。
4 人工智能在无功优化中的应用
人工智能的出现使无功优化算法有了一个很大的飞跃。它包括现代启发式搜索算法、专家系统和人工神经元网络等。尤其是现代启发式算法,在电力系统无功优化问题方面的应用中取得了大量的研究成果,现代启发式算法的优点在于其所具备的“鲁棒性”(Robustness)对于无功优化问题提供了较为可靠的解。表2列出了各种人工智能算法用于无功优化问题时的优缺点。
表2 人工智能算法在无功优化应用中的比较
人工智能算法
性能比较
优 点缺 点
现代启发式算法模拟退火法
(S A)
无功优化的全局收敛性好
所需CPU时间过长,且随系统规模扩大及复杂性
提高而增加
遗传算法
(G A)[27～29]
能最大概率地找到全局最优解;可避免维数
灾问题,占用内存少
对大型电力系统进行优化需花费较长的时间
禁忌搜索算法
(Tabu搜索
法[30])
需要的迭代次数比SA和G A等少,搜索效率
高;不需要使用随机数,对大规模的复杂优
化问题更有效
易收敛于局部最优;只适于解决配电网无功优化
等纯整数规划问题
蚁群寻优算法
(ACO[31])
可避免过早收敛于局部最优适用范围不广
人工神经元网络算法[32]计算时间大约为线性规划的一半目前尚缺少针对无功优化问题的训练算法,易陷入局部最优
5 无功优化控制目前存在的问题
人们对于无功优化做了很多研究,根据不同的条件,提出各种各样的算法,但是现在的电力系统对实时无功优化控制提出的要求较为苛刻[33][34],它涉及到实时的响应速度、起动点的鲁棒性、不可行性的探测和处理、控制变量的平滑有效调节、数据质量的要求以及外部网络的等值等诸多方面的因素,现有的算法都不能很好的满足这些要求。
由于RPF在线应用困难,虽然已有许多地区
采用了电压-无功优化软件[35],但绝大多数属于离线计算,能够真正实现实时闭环控制的尚无先例。而且目前的无功优化控制还仅仅局限于本地、县的小范围控制,局限于终端的变电站自动控制;省调等高层机构,不能很好地利用SC ADA/EM S 数据对电压无功进行全局在线协调控制;随着国家“西电东送,南北互供”的逐步实施,大区间互联供电对于电压质量也带来了新的问题,出现了诸如阳城电厂向江苏供电,由于感性无功电源不足导致电压偏高的问题。全局的无功实时优化控制问题也成为了急需解决的问题,对此,目前已经进行了初步研究。
例如,湖南省提出了采用经济压差进行全局无功优化的思想[36]。即以每条线路的电压降落纵分量最小为目标求解最优潮流,计算出各发电厂和变电站注入系统的无功功率,而各发电厂和变电站通过安装电力系统型电压无功调整装置自动调节无功出力和变压器的分接头,使其实际输出无功功率为计算出的无功优化值。江苏省泰州市供电局开发的电网无功电压优化集中控制系统[37],是通过采集调度自动化SC ADA系统的实时数据,包括各变电所的节点电压、有功功率、无功功率等,以地区电网网损最小为目标,以各节点电压合格为约束条件,进行综合优化处理后,形成变压器有载分接开关档位调节、无功补偿设备投切集中控制指令,运用调度自动化“四遥”功能,实现整个泰州市电网无功电压优化运行。
另外山东、福建等省也准备进行自动电压控制方面的研究[38],但从总体来看,目前从全局的角度进行无功/电压的自动控制处于初步研究阶段,电压的调控仍主要依赖于管理上的手段和现场运行人员的责任心和自觉性,未能从技术上实现类似于AGC那样的闭环控制,电压质量也难尽人意。
在对江苏电网的无功电压优化控制的初步研究中,碰到这样一些问题:首先,如何在比较全面地考虑整个系统的结构、状态的前提下,得出各中枢节点电压调节的响应曲线,从而比较合理地确定中枢点电压调节的时间间隔;其次,采用何种算法能够保证中枢节点电压的校正控制,较好地满足快速、收敛性好这两个要求;第三,电力系统实际运行中不可避免地存在着某些状态变量的越限,所以在线运行的电压控制软件必须首先满足运行安全要求,保证电压在其合格范围内,再进一步进行优化。
此外,电压无功优化控制作为EM S系统的一个功能,它遇到的问题有的涉及到对EM S其它部分的要求,如状态估计提供数据的质量等,有的涉及到和EM S其它部分的协调,有的涉及到对算法性能的要求。要解决这些问题还需软件上的进一步开发研制和硬件上进一步提高。
6 结束语
随着电力系统自动化程度的提高、电力市场的推广和电网的复杂化,涉及到无功优化的领域逐渐增多,对于无功优化的需求都越来越迫切。本文综合分析了电力系统无功优化的模型和算法,指出了目前无功优化及控制中存在的一些问题。随着对无功优化研究的深入,我们期待着更加完善的模型算法及优化控制方法的出现。
7 参考文献
1 赵尤新,徐国禹.用灵敏度法分析计算电力系统无功和电压最优控制问题.重庆大学学报,1985,8(4):1～11 2 Raymo nd R.Sho ults,D.T.Sun.Optimal Pow er Flo w Based U pon P-Q Deco mposito n.IEEE T rans o n P AS,1982,101(2):397～405
3 K.R.C.Ma mandur,R.D.Cheno weth.O ptional Co ntro l of Reactiv e Po we r Flo w for Improv em ent In V oltag e Profiles a nd fo r Real Po w er L oss M inimizatio n.IEEE Tr ans o n P A S,1981,100(7)
4 董元汉,等.大系统无功最优补偿规划计算的一种简化线性直接法.电力系统自动化,1987,11(5):3～11
5 T.J.E.米勒主编,胡国根译,何仰赞校.电力系统无功功率控制.北京:水利电力出版社,1990.
6 R.C.Burchet t,H.H.H a pp, D.R.V ie rach.Q uadr ati-cally Conv erg ent O ptimal V o ltag e Co ntro l.IEEE T rans on PA S,1984,103(11):3267～3275
7 宋军英,刘涤尘,陈允平.电力系统模糊无功优化的建模及算法.电网技术,2001,25(3):22～25
8 Ying-Tung Hsiao,Chun-Cha ng Liu,Hsiao-Dong Chia ng,Yuan-lin Chen.A New Appro ach fo r O ptimal V A R Sources in La rg e Scale Electric Pow er Systems.
IEEE T ra ns o n PS,1993,8(3):988～994
9 Ying-T ung Hsial,Hsiao-Do ng Chia ng,Chun-Chang Liu,Yuan-lin Chen.A Computer Packa ge fo r O ptimal M ulti O bjectiv e V A R Planning in La rg e Sca le Pow er Systems.IEEE T ra ns o n PS,1994,9(2):668～676
10 熊曼丽.提高电压稳定的多目标优化模型及其神经网络算法.电力系统自动化,1996,20(1):27～31
·
103
·
2003年第1期 电力系统无功优化的模型及算法综述
11 王正风,徐先勇,唐宗全.电力市场下的无功优化规则.
电工技术杂志,2000,19(6):10～12
12 戴彦,倪以信,文福栓,韩祯祥.电力市场下的无功电价研究.电力系统自动化,2000,24(3):9～14
13 H.W.Domm el,W.F.Tinney.Optio n Po we r Flo w So-lution.I EEE T ra ns o n P AS,1968,87(10):1866～1876 14 严正,等.优化潮流牛顿算法的研究及应用.清华大学学报,1989,29(1):69～79
15 Dav id I.Sun,Br ule Ashley,Brian Brew er,B.Art Hughes.Optio na l Po w er Flow by New to n Appr oach.
IEEE Winter M eeting,W M044-4,1984.
16 王主丁,马祈善,黄泽修.电力系统无功规划优化的一种解析方法.重庆大学学报,1995,18(3):47～51
17 赵尤新,李文沅.用虚拟变量法解无功和电压最优控制问题.重庆大学学报,1991,14(1):1～5
18 Po nnam balm,Q uintana V.H,V a nnelli A.A Fast Al-go rithm fo r Po w er System Optimiza tio n Pr oblems Us-ing an Interior Point M ethod.IEEE T rans o n P S, 1992,7(2):892～899
19 王晓东.原-对偶内点法在电压-无功功率优化中的应用研究再探:[学位论文].南京:东南大学,1998.
20 H.W ei.H.Sasaki,R.Yoko yama.An Applicatio n o f In-terio r Point Quadratic Pro g ramming Alg o rithm to Po w er Sy stem Optimiza tio n Problems.IEEE Tr ans o n PS,1996,11(1):260～266
21 刘明波,陈学军.电力系统无功优化的改进内点算法.
电力系统自动化,1998,22(5):33～36
22 M o moh James A,Guo S.X,Og buo biri E.C,Adapa R.
The Quadratic Int erio r Point M ethod Solving Pow er System Optimizatio n Problems.IEEE Tr ans on P S, 1994,9(3):1327～1336
23 Sergio Granv ille.Optima l Reactiv e Dispa tch Thr ough Interior Po int M ethods.IEEE Tra ns o n PS,1994,9
(1):136～142
24 李劲波,周理,陈允平.基于仿射变换内点算法的大电网无功优化.电网技术,1997,21(3):22～24
25 张小平,陈朝辉.基于内点法的安全约束经济调度.电力系统自动化,1997,21(6):27～2926 程莹,刘明波.求解离散无功优化的非线性原-对偶内点算法.电力系统自动化,2001,25(9):23～27
27 鞠平,卫志农,董峰.电力系统混和优化的模拟进化方法.电力系统自动化,1998,22(11):18～20
28 顾洁,陈章潮,张林.基于遗传算法的无功优化模型研究.全国高等学校电力系统及其自动化专业第十六届学术年会,吉林,2000.
29 李亚男,张粒子,舒隽,杨以涵.基于改进遗传算法的无功优化.全国高等学校电力系统及其自动化专业第十六届学术年会,吉林,2000.
30 刘玉田,马莉.基于T abu搜索方法的电力系统无功优化.电力系统自动化,2000,24(2):61～64
31 M.Do rig o,etc.Ant Sy stem:O ptimization by A Colo ny o f Coo per ating Ag ents.IEEE Tra ns o n Systems, M a n,And Cyber netics-Pa r t B:Cy bernetics,1996,26
(1):29～41
32 江辉,彭建春,彭高飞,倪军.基于小波神经元网络模型的网损预测方法研究.湖南大学学报,2001,28(3):64～67
33 M.A.El-ka dy,et al.Assessm ent o f Real-Time O p-tima l V o ltag e Co nt ro l.IEEE Tr ans o n PA S,1986,1
(2):98～107
34 https://www.doczj.com/doc/7f14738975.html,i.A pplica tio n of Evo lutionar y Pr og ra mming to Reactiv e Po we r Planning-Comparisio n With No nlin-ea r Pr og ram ming Appr oach.IEEE T rans on P S, 1997,12(1):198～206
35 谢驰坤,陈陈.配电网无功优化调度中减少调节次数的处理方法.全国高等学校电力系统及其自动化专业第十五届学术年会,武汉,1999.
36 唐寅生,周全仁,周铁强.湖南500kV电网自动电压控制方法研究.中国电力,2001,34(8):31～34
37 丁晓群,陈晟,许杏桃,颜自坚.全网无功电压优化集中控制系统在泰州电网的应用.电网技术,2000,24(12):
41～44
38 唐寅生,李振华.安全约束下的500kV山东电力系统最优无功功率调整控制方法研究.山东电力技术, 2000,19(4):6～8
(上接第66页)
1 贺家李,宋从矩.电力系统继电保护原理.北京:水利电力出版社,1994.
2 陈睿,谢新洲.新一代信息管理系统——面向对象信息管理系统的分析与设计.北京:航空工业出版社,1993.3 候俊杰.深入浅出M FC.华中理工大学学报,1998
4 Dav id J.Krug linski.Inside V isual C++(第四版).北京:清华大学出版社,1998.
·
104
·电力系统及其自动化学报 2003年第1期
电力系统无功优化的研究现状与算法综述 学号：201431403083 姓名：郭宗书 摘要：对我国电力系统无功优化问题的研究现状和无功优化的一般模型进行了简要介绍，并在一般模型的基础上总结了目前已有的传统算法和现代算法，进一步分析了电力系统无功优化领域存在的问题，较全面地反映了这一科研领域的发展现状。 关键词电力系统无功优化现状算法 0 引言 最近几年来，伴随着我们国家的电力工业不断发展壮大，达到无功优化也已经成为了电力系统控制与运行的重点研究对象。在电力市场条件下，供电电压质量是电力系统电能质量的重要指标之一，而供电电压质量的好坏主要取决于电力系统无功潮流分布是否合理，所以，无功优化是合理分布电力系统无功潮流以及保证系统安全经济运行的有效手段。 所谓的无功优化，就是指在给定的系统结构参数和负荷的情况下，通过对一些特定控制变量进行优化，并在一定的约束条件下，使得系统的一个或者是多个性能的指标都能够实现最佳时的一种无功调节方法。 无功优化问题是从最优潮流的发展中逐渐分化出的一个分支问题。建立在严格的数学模型上的最优潮流模型，首先由法国的电气工程师Carpentier于20世纪60年代初期提出[2,3]。但随着电力市场化需求的不断增长，充分利用电力系统的无功优化手段，既满足客户各种用电需求又能保证系统安全经济运行，成为一直以来国内外电力工作者们致力研究解决的问题。而无功优化问题是一个复杂的非线性规划问题，由于其目标函数与约束条件的非线性、控制变量的离散性同连续性混合等特点，目前尚无一种直接、可行、快速完善的无功优化方法。因此，无功优化问题的核心就在于对非线性函数处理、算法收敛、处理优化问题中的离散变量三个方面。 当下，国内外学者根据不同的需求，建立了不同的无功模型，主要分为考虑网损及电压质量[4,5]、考虑负荷变化影响[6]、考虑分布式电源接入[7]和电力市场环
成绩：
网络仿真文献综述 摘要:网络仿真技术是一种通过建立网络设备和网络链路的统计模型, 并模拟网络流量的传输, 从而获取网络设计或优化所需要的网络性能数据的仿真技术。网络仿真技术以其独有的方法能够为网络的规划设计提供客观、可靠的定量依据，缩短网络建设周期，提高网络建设中决策的科学性，降低网络建设的投资风险。 网络仿真技术是一种通过建立网络设备和网络链路的统计模型, 并模拟网络流量的传输, 从而获取网络设计或优化所需要的网络性能数据的仿真技术。由于仿真不是基于数学计算, 而是基于统计模型，因此，统计复用的随机性被精确地再现。 关键词：网络仿真；统计模型；仿真技术
1.前言 目前，数据网络的规划和设计一般采用的是经验、试验及计算等传统的网络设计方法。不过，当网络规模越来越大、网元类型不断增多、网络拓扑日趋复杂、网络流量纷繁交织时，以经验为主的网络设计方法的弊端就越来越显现出来了。网络规划设计者相对来说缺乏大型网络的设计经验，因此在设计过程中主观的成分更加突出。 数学计算和估算方法对于大型复杂网络的应用往往是非常困难的，得到的结果的可信性也是比较低的，特别是对于包交换、统计复用的数据网络，情况更是如此。因此，随着网络的不断扩充，越来越需要一种新的网络规划和设计手段来提高网络设计的客观性和设计结果的可靠性，降低网络建设的投资风险。网络仿真技术正是在这种需求拉动下应运而生的。网络仿真技术以其独有的方法能够为网络的规划设计提供客观、可靠的定量依据，缩短网络建设周期，提高网络建设中决策的科学性，降低网络建设的投资风险。 网络仿真技术是一种通过建立网络设备和网络链路的统计模型, 并模拟网络流量的传输, 从而获取网络设计或优化所需要的网络性能数据的仿真技术。由于仿真不是基于数学计算, 而是基于统计模型，因此，统计复用的随机性被精确地再现。它以其独有的方法为网络的规划设计提供客观、可靠的定量依据，缩短网络建设周期，提高网络建设中决策的科学性，降低网络建设的投资风险。 2.网络仿真软件比较分析 网络仿真软件通过在计算机上建立一个虚拟的网络平台，来实现真实网络环境的模拟，网络技术开发人员在这个平台上不仅能对网络通信、网络设备、协议、以及网络应用进行设计研究，还能对网络的性能进行分析和评价。另外，仿真软件所提供的仿真运行和结果分析功能使开发人员能快速、直观的得到网络性能参数，为优化设计或做出决策提供更便捷、有效的手段。因此运用网络仿真软件对网络协议、算法等进行仿真已经成为计算机网络通信研究中必不可少的一部分。 2.1 OPNET仿真软件介绍
电力系统无功功率平衡与电压调整 由于电力系统中节点很多，网络结构复杂，负荷分布不均匀，各节点的负荷变动时，会引起各节点电压的波动。要使各节点电压维持在额定值是不可能的。所以，电力系统调压的任务，就是在满足各负荷正常需求的条件下，使各节点的电压偏移在允许范围之内。 由综合负荷的无功功率一电压静态特性分析可知，负荷的无功功率是随电压的降低而减少的，要想保持负荷端电压水平，就得向负荷供应所需要的无功功率。所以，电力系统的无功功率必须保持平衡，即无功功率电源发出的无功功率要与无功功率负荷和无功功率损耗平衡。这是维持电力系统电压水平的必要条件。 一、无功功率负荷和无功功率损耗 1．无功功率负荷 无功功率负荷是以滞后功率因数运行的用电设备(主要是异步电动机)所吸收的无功功率。一般综合负荷的功率因数为0.6～O.9，其中，较大的数值对应于采用大容量同步电动机的场合。 2．电力系统中的无功损耗 (1)变压器的无功损耗。变压器的无功损耗包括两部分。一部分为励磁损耗，这种无功损耗占额定容量的百分数，基本上等于空载电流百分数0I ％，约为1％～2％。因此励 磁损耗为 0/100Ty TN Q I S V (Mvar)(5-1-1)
另一部分为绕组中的无功损耗。在变压器满载时，基本上等于短路电压k U 的百分值，约 为10％这损耗可用式(6-2)求得 2(%)()100k TN TL Tz TN U S S Q S V (Mvar)(5-1-2) 式中，TN S 为变压器的额定容量(MVA)；TL S 为变压器的负荷功率(MVA)。 由发电厂到用户，中间要经过多级变压，虽然每台变压器的无功损耗只占每台变压器容量的百分之十几，但多级变压器无功损耗的总和可达用户无功负荷的75%～100％左右。 (2)电力线路的无功损耗。电力线路上的无功功率损耗也分为两部分，即并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。并联电纳中的无功损耗又称充电功率，与电力线路电压的平方成正比，呈容性。串联电抗中的无功损耗与负荷电流的平方成正比，呈感性。因此电力线路作为电力系统的一个元件，究竟是消耗容性还是感性无功功率，根据长线路运行分析理论，可作一个大致估计。对线路不长，长度不超过100km ，电压等级为220kV 电力线路，线路将消耗感性无功功率。对线路较长，其长度为300km 左右时，对220kV 电力线路，线路基本上既不消耗感性无功功率也不消耗容性无功功率，呈电阻性。大于300km 时，线路为电容性的。 二、系统综合负荷的电压静态特性 电力系统中某额定功率的用电设备实际吸收的有功功率和无功功率的大小是随电力网的电压变化而变的，尤其是无功功率受电压的影响很大。电力系统综合负荷的电压静态
XXX理工大学 CHANGSHA UNIVERSITY OF TECHNOLOGY&TECHNOLGY 题目：多领域建模理论与方法 学院： XXX 学生： XXX 学号: XXX 指导教师： XXX 2015年7月2日
多领域建模理论和方法 The theories and methods of Multi-domain Modeling Student:XXX Teacher:XXX 摘要 建模理论和方法是推动仿真技术进步和发展的重要因素，也是系统仿真可持续发展的基础[1]文中综述了多领域建模主要采用的四种方法，并重点对基于云制造的多领域建模和仿真进行了叙述，并对其发展进行了展望。 关键词：多领域建模仿真；云制造；展望 Abstract：The theory and method of system model building is not only the key factor to stimulate the development and improvement of simulation technique but also the base of system simulation. This paper analysis four prevails way in Multi-domain Modeling, especially to the Multi-domain Modeling and Simulation in cloud manufacturing environment. We give a detail on its development and future. Keywords: Multi-domain Modeling and simulation; Cloud manufacturing; Future development 一引言 随着科学技术的发展进步和产品的升级需求，对产品提出了更高的要求，使得建模对象的组成更加复杂，涉及到各个学科、进程的复杂性以及设计方法的多元化。这些需求都是以前单领域建模方案无法满足的，因此，必须建立一个建模方式在设计过程中完成对繁杂目标的多领域建模、结构仿真、多元化分析等。 多领域建模是将机械、控制、电子等不同学科领域的模型“组装”成一个更大的模型进行仿真。根据需要的不同，实际建模过程中，可以将模型层层分解。将不同领域的仿真模型“零件”组装成“部件”，“子系统”则是由不同学科下的部件装配而成，与此同时装配完成的不同学科的分子系统还能再装配成为一个全面仿真模型，称之为“系统”，由此可见多领域建模技术在繁杂产品设计过程中具有出众的优势。 本文对多领域建模常用的四种方法：基于各领域商用仿真软件接口的建模方法；基于高层体系结构的建模方法；基于统一建模语言的多领域建模方法和基于云制造环境下多领域建模的方法进行了分析并对基于云制造环境下多领域建模方法进行了展望。
电力系统的无功优化和无功补偿 摘要：电力系统的无功优化和无功补偿是提高系统运行电压,减小网损,提高系统稳定水平的有效手段。本文对当前国内外的无功优化和无功补偿进行了总结，对目前无功补偿和优化存在的问题进行了一定的探讨和研究。 关键词:无功优化无功补偿非线性网损电压质量 1前言 随着国民经济的迅速发展,用电量的增加,电网的经济运行日益受到重视。降低网损,提高电力系统输电效率和电力系统运行的经济性是电力系统运行部门面临的实际问题,也是电力系统研究的主要方向之一。特别是随着电力市场的实行，输电公司(电网公司)通过有效的手段,降低网损，提高系统运行的经济性，可给输电公司带来更高的效益和利润。电力系统无功功率优化和无功功率补偿是电力系统安全经济运行研究的一个重要组成部分。通过对电力系统无功电源的合理配置和对无功负荷的最佳补偿,不仅可以维持电压水平和提高电力系统运行的稳定性, 而且可以降低有功网损和无功网损,使电力系统能够安全经济运行。 无功优化计算是在系统网络结构和系统负荷给定的情况下,通过调节控制变量（发电机的无功出力和机端电压水平、电容器组的安装及投切和变压器分接头的调节)使系统在满足各种约束条件下网损达到最小。通过无功优化不仅使全网电压在额定值附近运行,而且能取得可观的经济效益,使电能质量、系统运行的安全性和经济性完美的
结合在一起，因而无功优化的前景十分广阔。无功补偿可看作是无功优化的一个子部分,即它通过调节电容器的安装位置和电容器的容量,使系统在满足各种约束条件下网损达到最小。 2无功优化和补偿的原则和类型 2.1无功优化和补偿的原则 在无功优化和无功补偿中，首先要确定合适的补偿点。无功负荷补偿点一般按以下原则进行确定: 1)根据网络结构的特点,选择几个中枢点以实现对其他节点电压的控制； 2)根据无功就地平衡原则,选择无功负荷较大的节点。 ３)无功分层平衡，即避免不同电压等级的无功相互流动,以提高系统运行的经济性。 4)网络中无功补偿度不应低于部颁标准０.7的规定。 2．2无功优化和补偿的类型 电力系统的无功补偿不仅包括容性无功功率的补偿而且包括感性无功功率的补偿。在超高压输电线路中(500kＶ及以上),由于线路的容性充电功率很大，据统计在500kV每公里的容性充电功率达1．２Mvar／km。这样就必须对系统进行感性无功功率补偿以抵消线路的容性功率。如实际上，电网在５00kV的变电所都进行了感性无功补偿，并联了高压电抗和低压电抗,使无功在500kV电网平衡。 3 输配电网络的无功优化(闭式网)
智能算法在电力系统无功优化中的应用综 述 Revised on November 25, 2020
智能算法在电力系统的无功优化中的应用 1 引言 电力系统的无功优化问题主要包括对电力系统中的电力无功补偿装置投入的地点、容量的确认，以及发电机端电压的配合和载调压变压器分接头的调节等，因此，电力系统中的无功优化问题就是一个带有大量约束条件的非线性规划问题。由于电力系统在社会发展过程中的重要作用，长期以来很多专家和学者都对电力系统中的无功优化问题进行了大量的研究，并且采用很多方法来对电力系统无功优化问题进行求解。自从二十世纪六十年代，J. Carpentier 提出了电力系统最优潮流数学模型之后，对电力系统无功优化问题的研究更是得到了长足的发展。目前，随着各种数学优化方法和信息技术的发展，电力系统的无功优化问题的研究也进入了一个新的领域[1]。目前电力系统无功优化问题的算法主要有经典数学优化方法和人工智能优化方法两种。 绝大多数的学者研究把连接电源点和负荷点或两个负荷点之间的馈线段作为研究对象，把这条线路作为最小的接线单元，用近年来出现的智能算法进行寻优，如遗传算法、免疫算法、禁忌搜索算法、粒子群算法、蚁群算法、模拟退火算法等。 2 无功优化的数学模型 无功优化问题在数学上可以描述为:在给定系统网络结构和参数以及系统负荷的条件下，确定系统的控制变量，满足各种等式、不等式约束，使得描述系统运行效益的某个给定目标函数取极值。其数学模型[2]表示为: min (,) ..(,)0(,)0f u x s t g u x h u x ??=??≤? （） 式中，f 表示目标函数，u 是控制变量，包括发电机的机端电压、有载调压变压器的变比、无功补偿装置的容量;x 是状态变量，通常包括各节点电压和发电机的无功出力。无功优化模型有很多种类，大体有以下几种模型: 1)以系统的有功网损最小为优化的目标函数，在减少系统有功功率损耗的同时改善电压质量: 2(,)(,)min min ()min (2cos )l l ij ji ij i j i j ij i j n i j n f P P G U U U U θ∈∈=+=+-∑∑ 其中:l n 表示所有支路的集合，n 表示系统的总节点数，i U ，j U 分别为节 点i ，j 的电压，ij θ 是节点i ，j 的相角差。 2)以系统的总无功补偿量最小为目标函数，这样能使总的补偿费用达到最小
漫谈电力系统无功功率 目前世界范围内掀起环境保护的热潮，电力系统是一种的特定环境，公用电网中出现的无功功率，是电网本身的运行规律所决定，但它给电网运行带来了许多麻烦。无功功率是一种既不能作有功，但又会在电网中引起损耗，而且又是不能缺少的一种功率。 在实际电力系统中，异步电动机作为传统的主要负荷使电网产生感性无功电流；电力电子装置大多数功率因数都很低，导致电网中出现大量的无功电流。无功电流产生无功功率，给电网带来额外负担且影响供电质量。因此，无功功率补偿(以下简称无功补偿)就成为保持电网高质量运行的一种主要手段之一，这也是当今电气自动化技术及电力系统研究领域所面临发展的一个重大课题，且正在受到越来越多的关注。 设置无功补偿电容器是补偿无功功率的传统方法，目前在国内外均获广泛应用。电容器与网络感性负荷并联，以并联电容器补偿无功功率具有结构简单、经济方便等优点，但其阻抗是固定的，故不能跟踪负荷无功需求的变化，即不能实现对无功功率的动态补偿。 随着电力系统的发展，要求对无功功率进行动态补偿，从而产生了同步调相机(Synchronous Condenser--SC)。它是专门用来产生无功功率的同步电机，在过励磁或欠励磁的情况下，能够分别发出不同大小的容性或感性无功功率。自20世纪2、30年代以来的几十年中，同步调相机在电力系统中作为有源的无功补偿曾一度发挥着主要作用，所以被称为传统的无功动态补偿装置。然而，由于它是旋转电机，运行中的损耗和噪声都比较大，运行维护复杂，而且响应速度慢，难以满足快速动态补
偿的要求。 20世纪70年代以来，同步调相机开始逐渐被静止型无功补偿装置(Static Var Compensator--SVC)所取代，目前有些国家已不再使用同步调相机。早期的静止无功补偿装置是饱和电抗器(Saturated Reactor--SR)型的，1967年英国GEC公司制成了世界上第一批该型无功补偿装置。饱和电抗器比之同步调相机具有静止、响应速度快等优点；但其铁芯需磁化到饱和状态，因而损耗和噪声还是很大，而且存在非线性电路的一些特殊问题，又不能分相调节以补偿负荷的不平衡，所以未能占据主流。电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，将晶闸管的静止无功补偿装置推上了无功补偿的舞台。1977年美国GE公司首次在实际电力系统中演示运行了晶闸管的静止无功补偿装置。1978年此类装置投入实际运行。随后，世界各大电气公司都竟相推出了各具特色的系列产品。近10多年来，占据了静止无功补偿装置的主导地位。于是静止无功补偿装置(SVC)成了专指使用晶闸管的静止无功补偿装置，包括晶闸管控制电抗器(Thyristor ontrolled Reactor--TCR)和晶闸管投切电容器(Thyistor Switched Capactor--TSC)，以及这两者的混合装置(TCR+TSC)，或者TCR与固定电容器(Fixed Capacitor--FC)或机械投切电容器(Mechanically Switched Capacitor--MSC)混合使用的装置(即TCR+FC、TCR+MSC)等。随着电力电子技术的进一步发展，20世纪80年代以来，一种更为先进的静止型无功补偿装置出现了，这就是采用自换相变流电路的无功补偿，有人称为静止无功发生器(Static Var Generator--SVG)，也有人称其为高级静止无功补偿器(Advanced Static Var Compensator--ASVC)或静止调相器
电力系统无功功率优化 【摘要】随着我国各种产业的迅速发展，现代电力系统日益扩大，对电网的运行的可靠性要求也越来越高。为了有效提高电力系统输电效率，降低有功网损和减少发电费用，我们需要加强对电力系统运行的经济性研究，合理选择无功补偿方案和补偿容量，通过对电力系统无功电源的合理配置和对无功负荷的最佳补偿，这样不仅能够改善电能的运行环境，给输电公司带来更高的效益和利润，还能提高功率因数，保证电网的电压质量，维持电压水平和提高电力系统运行的稳定性，最终保证了电网的安全、优质、经济运行。我国配电网的规模巨大，因此要想优化电力系统的无功补偿，需要电力部门和用户高度重视，密切配合，分析无功补偿应用技术，选择合适的优化方案。本文先是介绍了无功优化的重要性，接着分析了无功优化的基本思路，无功优化的一般模型和目标函数，阐述了无功功率的动态补偿。 【关键词】电力系统；无功优化；一般模型；目标函数；动态补偿 引言 电压和无功功率的分布有着非常紧密的联系，一般情况下，无功功率是造成电网线路出现有功损耗的主要原因，同时也严重影响着电力系统电压的正确分布。由此可见，根据电网的实际情况，利用现有的无功调节手段，合理的调动无功，在满足安全运行约束的前提下，加强对无功优化的研究，对于提高电压质量、降低系统网损具有重要的意义。无功优化是实现电力系统安全和经济运行的重要手段。 1 无功优化的重要性 随着电力市场改革的不断深化，降低电网损耗，直接决定着电力电网公司的经济效益和供电效率，变得非常重要。降低网损，其主要途径就是要降低电网的无功潮流流动，通过无功优化，可以降低电网有功损耗和电压损耗，优化电网的无功潮流分布，改善电压质量，使用电设备安全可靠地运行。在保证现代电力系统的安全性和经济性方面，无功优化的重要性已经得到全球的关注。因此，电力系统中无功优化的重要性越来越为突出。 2 无功优化的基本思路 无功优化可分为无功运行优化和规划设计优化。其中无功运行优化是利用现有无功补偿装置，通过降低网损的方式，合理调节变压器分接头和发电机端电压，正确分析离线运行方式，实现无功实时或短期控制。而规划设计优化涉及的问题很多，也很复杂，不仅包括多时段，还要充分考虑多运行方式，确定补偿装置的地点、容量和投切时间，扣除补偿投资后的净收益，使得损耗电能减少的收益最大，而年运行费用与投资等年值之和最小。总之，电力系统的无功优化的基本思路，就是在满足电力系统无功负荷的需求下，根据电力系统的有功负荷、有功电
电网中的许多用电设备是根据电磁感应原理工作的。它们在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率叫无功功率。电力系统中，不但有功功率平衡，无功功率也要平衡。 有功功率、无功功率、视在功率之间的关系如图1所示 式中 S——视在功率，kVA P——有功功率，kW Q——无功功率，kvar φ角为功率因数角，它的余弦(cosφ)是有功功率与视在功率之比即cosφ＝P/S称作功率因数。 由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，用电企业功率因数cosφ越小，则所需的无功功率越大。如果无功功率不是由电容器提供，则必须由输电系统供给，为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量需增大。这样，不仅增加供电投资、降低设备利用率，也将增加线路损耗。为此，国家供用电规则规定：无功电力应就地平衡，用户应在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功倒送。还规定用户的功率因数应达到相应的标准，否则供电部门可以拒绝供电。因此，无论对供电部门还是用电部门，对无功功率进行自动补偿以提高功率因数，防止无功倒送，从而节约电能，提高运行质量都具有非常重要的意义。 无功补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。 当前，国内外广泛采用并联电容器作为无功补偿装置。这种方法安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小。 采用并联电容器进行无功补偿的主要作用： 1、提高功率因数 如图2所示图中
P——有功功率 S1——补偿前的视在功率 S2——补偿后的视在功率 Q1——补偿前的无功功率 Q2——补偿后的无功功率 φ1——补偿前的功率因数角 φ2——补偿后的功率因数角 由图示可以看出，在有功功率P一定的前提下，无功功率补偿以后(补偿量Qc＝Q1-Q2)，功率因数角由φ1减小到φ2，则cosφ2＞cosφ1提高了功率因数。 2、降低输电线路及变压器的损耗 三相电路中，功率损耗ΔP的计算公式为 式中 P——有功功率，kW； U——额定电压，kV； R——线路总电阻，Ω。 由此可见，当功率因数cosφ提高以后，线路中功率损耗大大下降。 由于进行了无功补偿，可使补偿点以前的线路中通过的无功电流减小，从而使线路的供电能力增加，减小损耗。 例：某县电力公司某配电所，2005年1月～2月份按实际供售电量情况进行分析。该站1～2月份，有功供电量152.6万kW·h，无功供电量168.42万kvar·h，售电量133.29万kW·h，功率因数0.67，损耗电量19.31万kW·h，线损率12.654%。装设电容器进行无功补偿后，如功率因数由原来的0.67提高到0.95 时， (1)可降低的线路损耗
智能算法在电力系统的无功优化中的应用 1 引言 电力系统的无功优化问题主要包括对电力系统中的电力无功补偿装置投入的地点、容量的确认，以及发电机端电压的配合和载调压变压器分接头的调节等，因此，电力系统中的无功优化问题就是一个带有大量约束条件的非线性规划问题。由于电力系统在社会发展过程中的重要作用，长期以来很多专家和学者都对电力系统中的无功优化问题进行了大量的研究，并且采用很多方法来对电力系统无功优化问题进行求解。自从二十世纪六十年代，J. Carpentier 提出了电力系统最优潮流数学模型之后，对电力系统无功优化问题的研究更是得到了长足的发展。目前，随着各种数学优化方法和信息技术的发展，电力系统的无功优化问题的研究也进入了一个新的领域[1]。目前电力系统无功优化问题的算法主要有经典数学优化方法和人工智能优化方法两种。 绝大多数的学者研究把连接电源点和负荷点或两个负荷点之间的馈线段作为研究对象，把这条线路作为最小的接线单元，用近年来出现的智能算法进行寻优，如遗传算法、免疫算法、禁忌搜索算法、粒子群算法、蚁群算法、模拟退火算法等。 2 无功优化的数学模型 无功优化问题在数学上可以描述为:在给定系统网络结构和参数以及系统负荷的条件下，确定系统的控制变量，满足各种等式、不等式约束，使得描述系统运行效益的某个给定目标函数取极值。其数学模型[2]表示为: min (,)..(,)0(,)0f u x s t g u x h u x ??=??≤? （2.1） 式中，f 表示目标函数，u 是控制变量，包括发电机的机端电压、有载调压变压器的变比、无功补偿装置的容量;x 是状态变量，通常包括各节点电压和发电机的无功出力。无功优化模型有很多种类，大体有以下几种模型: 1)以系统的有功网损最小为优化的目标函数，在减少系统有功功率损耗的同时改善电压质量: 2(,)(,)min min ()min (2cos )l l ij ji ij i j i j ij i j n i j n f P P G U U U U θ∈∈=+=+-∑∑(2.2) 其中:l n 表示所有支路的集合，n 表示系统的总节点数， i U ，j U 分别为节点i ，j 的电压，ij θ是节点i ，j 的相角差。 2)以系统的总无功补偿量最小为目标函数，这样能使总的补偿费用达到最小
电力自动化设备 Electric Power Automation Equipment Vol．33No．1Jan.2013 第33卷第1期2013年1月 0引言 近年来，绝缘栅双极型晶体管IGBT （Insulated Gate Bipolar Transistor ）因其不断改善的电压、电流承受能力和工作频率、功率损耗等性能指标而被广泛应用到机车牵引、开关电源、新能源发电等电能变换和处理领域中［1］，因此IGBT 的可靠性受到国内外科研工作者的广泛关注。研究表明，与IGBT 器件结温（T j ）相关的热循环过程和器件封装材料热膨胀系数不一致是致其故障的主要诱因［2-3］，IGBT 的电热仿真模型可以估计结温的变化情况，从而可用于IGBT 可靠性的评估。国内外对IGBT 的电热仿真模型开展了大量研究工作［4-6］，其中基于半导体物理并考虑自热效应（Self -heating ）的IGBT A.R.Hefner 器件模型［6］ 和反映其封装传热过程的Cauer 网络［7-9］联合组成的IGBT 电热模型准确度较高，并已在Saber 、Pspice 等电路仿真软件中得到应用［10-11］，但是，仿真软件有限的器件模型库无法满足仿真需要，同时出于技术保密的缘故，半导体制造商并不会提供建立电热模型需要的模型参数，因此如何建立一种有效并准确的参数提取方法就显得十分必要。 IGBT 电热仿真模型参数同半导体物理、器件以 及封装结构直接相关，无法直接测量，只能通过一定 的技术方法和手段获取。一个有效的参数提取过程是获得有效的电热模型的前提条件；此外，实现模型参数的准确提取对于分析IGBT 的性能、优化驱动电路的设计、指导其应用以及选型都具有重要意义。在参数提取之后，有效性验证也至关重要，可以让使用者合理选择器件的工作范围。由于非穿通（NPT ）型 IGBT 目前在工业领域中已获得了广泛而成熟的应 用［12］，本文将以其作为参数提取的研究对象。本文从NPT 型IGBT 电热仿真模型的工作原理出发，首先将模型参数分为电参数和热参数两大类。然后对近年来模型参数提取方法的研究情况进行讨论，依据提取手段的不同将文献中出现的IGBT 电参数提取方法归纳为4类：仿真提取［13］；经验估计，如利用经验公式［12，14-18］、数据手册［15-16］或者参数典型范围［12］；参数隔离［19-27］；参数优化，包括直接搜索技术［14］、模拟退火算法［28-29］、变量轮换法［30-32］等。同时归纳Cauer 网络的参数提取可以从IGBT 的封装结构［8-9，33-34］和封装瞬态热阻曲线［7，35-36］2个方向出发，并列表给出了提取电参数和热参数的不同方法之间的优缺点。最后对各种提取方法进行了总结，并讨论了一个模型电参数提取步骤，以增强参数提取工作的有序性和可靠性，这对于提高IGBT 电热仿真模型的应用水平，扩大其使用范围起到了积极的作用。 1IGBT 电热仿真模型及其参数 IGBT 的电热仿真模型是建立在考虑了半导体 自热效应的Hefner 物理模型基础之上，耦合了受结温影响的器件模型及与散热路径相关的动态热模型。在分析器件损耗特性、辅助电力电子设计以及研究因器件老化衰退引起的变换器端口特性等方面， ＮＰＴ型ＩＧＢＴ电热仿真模型参数提取方法综述 徐铭伟，周雒维，杜 雄，沈 刚，杨 旭 （重庆 大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室，重庆400044） 摘要：对NPT 型IGBT 电热仿真模型的工作原理进行了概述，并将模型参数分为电参数（即基于半导体物理的Hefner 器件模型参数）和热参数（即反映器件封装传热的Cauer 网络参数）两大类，然后对近年来模型参数提取方法的研究情况进行讨论。依据提取技术手段的不同将IGBT 电参数提取方法归纳为仿真提取、经验估计、参数隔离和参数优化4类，并从时效性、准确性、复杂性等方面对各种方法进行了比较和评价；从IGBT 的封装结构和封装瞬态热阻曲线2个方向出发讨论了Cauer 网络参数的提取。最后讨论了一个模型电参数的提取步骤。 关键词：绝缘栅双极型晶体管；电热；仿真；模型；参数提取；热网络；电参数；热参数中图分类号：TM 322 文献标识码：A DOI ：10.3969／j.issn.1006-6047.2013.01.026 收稿日期：2011－08－09；修回日期：2012－10－19 基金项目：科技部国际合作项目（2010DFA72250）；国家自然科学基金资助项目（51077137）；输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重点资助项目（2007DA10512711101）；中央高校基本科研业务费资助项目（CDJXS11150022） Project supported by the International Cooperation Project of the Minister of Science and Technology of China （2010DFA -72250），the National Natural Science Foundation of China （51077137），the Key Program in State Key Laboratory of Power Transmission Equipment &System Security and New Tech -nology （2007DA10512711101）and the Fundamental Research Funds for the Central Universities of China （CDJXS11150022）
电力系统无功优化建设 摘要：随着电网管理水平的日益提高及不断细化，电网无功补偿安装容量已经能够基本满足电网的负荷需要，但电网无功管理工作仍需加强，就目前县级电网无功优化问题进行深入的研究和探讨，提出一些意见和看法。 关键词：无功优化；管理；电网 1 无功优化建设原则 坚持“全面规划、合理布局、全网优化、分级补偿、就地平衡”的原则，以改善电压质量、降低损耗、节约运行成本、提高企业经济效益和无功优化管理水平为目的，逐步实现变电站、配电线路、低压配电台区的全网分区、分层电压无功优化。 2 无功优化的目的 经过近几年的电网建设与改造，公司所属35kv及以上变电站基本上安装了足够容量的无功补偿装置。但变电站的电容器均采用断路器分组投切方式。这种采用人工投切电容器组的方式不能根据负荷及时的输出无功，且大大的加重了主变有载调压的动作次数，给我局设备安全运行带来隐患。 3 目前现状 1）10kv线路无功自动补偿装置安装的还较少，不能够满足需要。2）没有开展全网无功优化计算，还处于比较粗略的计算方法和仅仅凭借经验从事的状态。需要进一步完善全网优化、提高优化效果。3）农网低压线路存在三相负荷不平衡现象，损耗较大，没有达到
经济运行的要求。4）随着近几年“农网改造”、“农网完善工程”、“农村电气化建设”以及“农田机井通电工程”等农网工程的开展，对全市农村低压线路和设备进行了改造，增补了大批台区无功补偿装置。目前县级电网低压配电台区的随器、随机补偿容量基本满足要求。但因未加装配电台区采集终端，也无法对低压补偿装置进行实时监控和远方控制。5）无法实时监测用户的无功补偿情况，大用户不及时投退电容器会影响电网的无功补偿效果。 4 存在问题 随着电网规模的增大及日益复杂，电压无功优化问题越来越突出，尤其表现在无功补偿虽然达到局部最优，但是全网电压无功质量却上不去。目前电力系统进行无功规划和无功控制都是局部补偿，不能考虑到全网进行优化补偿。目前县级无功电压管理还存在以下问题： 如：高、中、低压无功管理分离，这种管理模式造成管理上的脱节；无功管理理论缺乏、人员素质不高，还处于依据粗略、传统的计算方法和凭借经验指导工作；无功补偿进行了分层、分级补偿，在区域内达到了效果，但是没有实现全网的整体优化补偿。经过近几年的电网建设与改造，县级供电企业所属35kv及以上变电站基本上安装了足够容量的无功补偿装置。但变电站的电容器均采用断路器分组投切方式。这种采用人工投切电容器组的方式不能根据负荷及时的输出无功，且大大的加重了主变有载调压的动作次数，给县级供电企业设备安全运行带来隐患。
计算机仿真技术简介 计算机仿真技术是一门综合性信息技术，它通过专用软件，整合图像、声音、动画等，将三维的现实环境、物体模拟成多维表现形式的计算机仿真，再由数字媒介作为载体传播给人们。当人们通过该媒体浏览观赏时就如身临其境一般。并且可以选择任意角度，观看任意范围内的场景或选择观看物体的任意角度。正是由于对身临其境的真实感和对超越现实的虚拟性，以及建立个人能够沉浸其中、超越其上、进出自如、具有交互作用的多维信息系统的追求，推动了计算机仿真技术在各个领域中的应用与发展。并且，因其有效性、经济性、安全性、直观性等特点而受到广泛的应用。它是在计算机图形学基础上发展起来的一种仿真应用技术。 计算机仿真已成为系统仿真的一个重要分支，系统仿真很大程度上指的就是计算机仿真。计算机仿真技术的发展与控制工程、系统工程及计算机工程的发展有着密切的联系。一方面，控制工程、系统工程的发展，促进了仿真技术的广泛应用；另一方面，计算机的出现以及计算机技术的发展，又为仿真技术的发展提供了强大的支撑。工业方面，计算机仿真一直作为一种必不可少的工具，在减少损失、节约经费开支、缩短开发周期、提高产品质量等方面发挥着重要的作用。 综上所述，计算机仿真技术是以数学理论、相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术。它集成了计算机技术、网络技术、图形图象技术、面向对象技术、多媒体、软件工程、信息处理、自动控制等多个高新技术领域的知识。 计算机仿真技术原理 对于需要研究的对象，计算机一般是不能直接认知和处理的，这就要求为之建立一个既能反映所研究对象的实质，又易于被计算机处理的数学模型。关于研究对象、数学模型和计算机之间的关系，可以用图1来表示。
电力系统中的无功功率 集控值班员2016-07-02 1.1.1 无功功率对有功功率的影响 输电线路的主要任务足输送有功功率,而为了实现有功功率的传输和电网无功功率的平衡也需要输送一定量的无功功率。输送无功功率时需要消耗有功功率。当有功功率一定时，无功功率越大，则网络中的有功功率损耗就越大。当电力线路的传输能力一定时，传输无功功率越小，则传输有功功率的能力越大。 1.1.2无功功率对电压的影响 (1)无功功率平衡水平对电压水平的影响。电力系统中无功功率平衡水平对电压水平有较大的影响。如果发电机有足够的无功功率备用，系统的无功电源比较充足，就能满足较高电压质量下大功功率平衡的需要，系统就有较高质量的运行电压水平。反之，如果无功功率不足，系统只能在较低质量的电压水平下运行。另外，电能在电力网中传输时，要损失掉部分有功功率和无功功率。当无功功率损耗较大时。将引起系统电压大幅度下降，影响系统运行的稳定性、经济性。 (2)无功功率对电压质量的影响。电力系统是向用户提供电能的网络，因而电能质量是供电部门生产；经营活动中的一个重要经济技术指标。电压是电能质量的主要指标之一，电压质量对电力系统稳定运行，降低线路损耗和保证工农业的安全生产有着重要意义。在保证工农业生产和人民生活个使用的各种用电设备都是按照额定电压米设计制造的。这些设备在额定电压厂运行时，才能取得最佳的运行状态。电压超出所规定的范围时，对用电设备将产生不良的后果。 目前大多数国家规定的电压允许变化范围一般为l 5％——10％UN (额定电压)。电力部门为了确保电力系统正常运行时能够提供优质的电压，确保优质的供电服务，必须确保各输配电线路的母线电压稳定在允许的偏差范围之内。电力系统正常运行时，应有充足的无功电源。无功电源的总容量要能满足系统在额定电压下对无功功率的需求。否则．电压就会偏离额定值。 当电力网有能力向负荷供给足够的无功功率时，负荷的电压才能维持在正常的水平上。如果无功电源容量水足，负荷的端电压就会降低。所以，我们要保证电力系统的电压质量，就必须先保证电力系统无功功率的平衡。 1.1.3 无功功率对线损的影响 无功电源的布局、无功功率的传输以及无功功率的管理，直接影响线路的损耗和电力系统的经济运行。当有功功率和无功功率通过网络电阻时，会造成有功功率损耗。当网络结构已定，输送有功功率一定时，总的功率损耗完全决定于无功功率的大小。
电力系统无功优化的模型及算法综述① 许文超 郭 伟 (东南大学电气工程系 南京 210096) SUMMARIZE OF REACTIVE POWER OPTIMIZATION MODEL AND ALGORITHM I N ELETRIC POWER SYSTEM Xu Wenchao Guo Wei (Dept.of Electrical Engineering,South east Univ ersity,Nanjing,210096) ABSTRACT In this pape r Reactiv e Pow er Optimiza tio n (R PO)and its histo r y ar e intro duced in brief.Th en the pape r makes a summar y of sev er al cla ssical optima l models and the model in elect ricity mar ke t,and ana ly ses some compar ativ ely ex cellent optima l algo rithm.So me ex istent pro blems ar e also bro ught o ut accor ding to the demand of r ea l-time optima l co ntro l. Key Words Reactiv e po w er optimizatio n(RPO),Algo-rithm,M o del,Electric po w er system 摘要 本文简要介绍了电力系统无功优化的历史,综合评述了比较经典的优化模型和电力市场下的无功优化模型,分析比较了多种较为优秀的优化算法,并根据全网无功实时优化控制的要求提出了现存的一些有待解决的问题。 关键词 无功优化 算法 模型 电力系统 1 引言 自J.Carpentier在上世纪60年代初首先提出了电力系统最优潮流(OPF)的概念后,电力系统潮流优化问题在理论上和实际应用上已经有了很大发展。而无功优化问题是O PF中一个重要的组成部分,几十年来国内外很多专家学者对此开展了大量的研究工作[1～4]。 随着电力系统的复杂化,除了系统规划、运行要考虑无功优化,高压支流输电及灵活交流输电、电力市场等更多的领域也涉及到无功优化问题,对无功优化方案及控制手段的要求也越来越苛刻[5][6]。本文对其中的无功优化问题及其研究现状进行分析,通过对以往无功优化模型算法的优缺点的比较,希望能够对今后的研究有所帮助。 2 无功优化的数学模型 无功优化问题是指某电力系统在一定运行方式下,满足各种约束条件,达到预定目标的优化问题,它涉及无功补偿装备投入地点的选择、无功补偿装置投入容量的确定、变压器分接头的调节和发电机机端电压的配合等,是一个多约束的非线性规划问题。 2.1 经典的数学模型 电力系统无功优化问题一般可以表示为以下的数学模型: min f(u,x) s.t.g(u,x)=0 h(u,x)≤0 (1) 式(1)中涉及到控制变量(u)和状态变量(x)。u是可人为调节的变量,可包括:P Q发电机节点的无功功率、可调变压器的抽头位置、无功补偿设备的容量及PV和平衡节点的电压模值。x可包括除平衡节点外其它所有节点的电压相角、除发电机或具有无功补偿设备的节点的电压模值。 目标函数有多种考虑角度。从经济性角度出发的经典模型是考虑系统的网损最小化,目标函数为[7]: min f1=min∑ n l k=1 G k(i,j)[U2i+U2j-2U i U j cos(W i-W j)](2)式中:n l为网络总支路数;G k(i,j)为支路i-j的电导;U i、U j分别为节点i、j的电压;W i、W j分别为节点i、j的相角。 从系统安全性出发的经典模型是选取节点电压偏离规定值最小为目标函数[7]: min f2=min∑ n j=1 |U j-U spec j| ΔU j(3) ①本文2002年5月17日收到 本文修改稿2002年7月9日收到