专业课程设计

课程设计说明书。

课程名称专业课程设计

题目传统优化算法在电网最优潮流中的应用设计。

学院班级

学生姓名指导教师

日期2014.3.20

课程设计任务书。

班级：姓名：学号：

设计题目：传统优化算法在电网最优潮流中的应用设计。

一、设计目的。

熟悉专业课程设计的相关规程、规定，了解电力系统，电网设计数学模型的基本建立方法和相关算法的计算机模拟，熟悉相关电力计算的内容，巩固已学习的相关专业课程内容，学习撰写工程设计说明书，对电力系统相关状态进行模拟，对电网设计相关参数计算机计算设计有初步的认识。

二、设计要求。

1）通过对相应文献的收集、分析以及总结，给出相应项目分析，建立数学模型。

2）通过课题设计，掌握电力系统计算机算法设计的方法和设计步骤。

3）学习按要求编写课程设计报告书，能正确阐述设计方法和计算结果。

4）学生应抱着严谨认真的态度积极投入到课程设计过程中，认真查阅相应文献以及实现，给出个人分析、设计以及实现。

设计任务。一）设计内容。

1．了解电网潮流的分析方法及存在的问题，了解电网潮流的最优分析的常用的解决算法，弄清该课题的研究目的和意义。

2．确定电网潮流优化的几种最优优化方法，分析对比不同优化方法对电网潮流的诊断效果和处理方法。

3．确定电网潮流的常用的几种优化方法后，使用matlab对相应的方法进行编程实现，对电网潮流模式进行模拟和**。

4．分析模拟、**效果，模拟**中涉及到的算法进行优化，提高优化算法。

二）设计任务。

1．建立相关算法、模型。

2．设计说明书，包括全部设计内容，对电力系统相关状态进行模拟。

3．总体方案图，**软件模拟波形图，计算相关参数。

四、设计时间安排。

查找相关资料（2天）、确定总体方案，进行必要的计算。（1天）、对电力系统相关状态进行模拟，计算相关参数，（2天）、

使用（matlab）等相关软件进行电路图系统图设计与**。（2天）、撰写设计报告（2天）和答辩（1天）。

五、主要参考文献。

1] 电力工程基础。

2] 工厂供电，电力系统分析。

3] 相关设计**软件手册，如（matlab）等。

4] 数学建模算法分析等。

5] 电气工程设计手册等。

6] 图书馆中文数据库“万方数字化期刊”其他相关网络资料。

指导教师签字2014 年 3 月 20 日。

摘要。潮流计算是电力系统中的重要内容，对于功率，电压，电流的分布有极其重要的作用。在潮流计算的节点优化方法中，传统的节点优化方法并未考虑各类型节点在形成修正方程时的不同作用。

本文在分析pq节点、平衡节点和pv节点在形成修正方程过程中作用的基础上，提出在半动态节点优化过程中针对各类型节点的特点进行区别处理的改进方法，经对算例进行节点编号优化试验，证明本方法可减少节点优化的工作量和提高优化效果，进而加快潮流计算的速度。潮流计算是电力系统非常重要的分析计算，用以研究系统规划和运行中提出的各种问题。对规划中的电力系统，通过潮流计算可以检验所提出的电力系统规划方案能否满足各种运行方式的要求；对运行中的电力系统，通过潮流计算可以预知各种负荷变化和网络结构的改变会不会危及系统的安全，系统中所有母线的电压是否在允许的范围以内，系统中各种元件(线路、变压器等)是否会出现过负荷，以及可能出现过负荷时应事先采取哪些预防措施等。

关键字：潮流计算电力系统内点算法优化设计

目录第一章绪论 1

1.1最优潮流分布的简介及其应用 1

1.2最优潮流解法的评价 2

1.2.1牛顿-拉夫逊法 2

1.2.2内点理论简介及其应用 3

1.3最优潮流的应用 4

1.4 内点算法的缺陷与前景 4

第二章内点理论 6

2.1 内点法的理论基石 6

2.2基于扰动kkt条件的原始-对偶内点算法(p-dipm) 9

第三章内点算法 11

3.1 内点算法算法介绍 11

3.2原始对偶内点法求解非线性规划 11

3.3计算流程及说明 13

第四章编程语言的选择 14

4.1电力系统概述 14

4.2 matlab在优化工具箱的应用 14

4.3 matlab6.5在电力系统最优潮流（opf）中的应用 15

第五章系统** 17

5.1内点计算原程序 17

5.2软件设置及其**波形 19

总结 21参考文献 22

电力系统实际**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，哪怕是0.

1%，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。

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]。

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。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。

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，长期以来都没能完全投入实用。不过也正因为如此，才使最优潮流成为研究的热点，吸引着众多中外电力系统工程技术人员和学者多年来孜孜不倦地探索和研究，提出了一系列的优化算法。其主要分类如下。

1)牛顿法。

2)线性规划(lp).

3)内点理论(ip)

牛顿法具有二阶收敛性，在收敛性方面远远比非线性规划的梯度法要好，但在解最优潮流时须解海森矩阵，这使问题变得十分复杂，一直以来人们都在探索如何使其简捷化。

2023年，sasson等用牛顿法解算最优潮流过程中，利用稀疏技术将海森矩阵因子表化。

2023年，baka和thanikachalam提出了以牛顿法为基础的最优算法，采用了降维后的简化海森矩阵，这是在目标函数对所有变量二阶展开后得出的，目的在于保持良好的收敛特性。

上述这些努力，都未能使牛顿法最优潮流简捷到实用化的地步。2023年，sun等在牛顿法最优潮流方面取得了实质性的进展，找到了适合电力系统特点的途径。一般来说，大规模非线性最优化问题用拟牛顿法比牛顿法合适，但sun等人的工作表明，最优潮流可以是一个例外，拉格朗日扩展目标函数的稀疏海森矩阵可以比较简捷地解最优潮流。

在算法上采用主迭代和试探迭代的相结合的方法来处理不等约束条件。该算法成功解算了实际912节点系统，成为了二十世纪80年代解最优潮流最为成功的一种规划算法[3]。

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