基于内点法最优潮流计算ppt课件
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基于内点法最优潮流计算.32页PPT
基于内点法最优潮流计算.
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律—爱献 生
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank you
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律—爱献 生
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank you
潮流的计算机算法ppt课件
复杂电力系统潮流的计算机算法
2020/3/31
1
带有最优 乘子的牛 顿潮流算
法
牛拉 法
保留非线 性直角坐
标法
保留非线 性直角坐 标快速潮
流法
简
简化
化
满足初 始条件 时为等 效算法
PＱ分 解法
定雅克 比牛顿
法
2020/3/31
基本潮流
最优潮流牛顿算法
最优潮流简化梯度 算法
优化潮流
2
算法名称
算法特性
最优乘子法
能够有效地解决病态系统的潮流计算，且 永远不换发散
2020/3/31
3
内容提要
功率方程 牛拉法 P-Q分解法 保留非线性潮流算法 最小化潮流算法 最优潮流 潮流计算中稀疏技术的运用
2020/3/31
4
➢功率方程
电力系统中已知的往往是功率，需要用已知的功率来代替未
知的电流：
S%i
Pi
代入H、L的表达式
i j时
H ij
Pi
j
UiU j (Gij sin ij
Bij cosij )
cosij 1,Gij sinij 0 U iU j Bij
Lij
Pi U j
Uj
UiU j (Gij
sin ij
Bij
cosij )
cosij 1,Gij sinij 0 U iU j Bij
2020/3/31
15
i j时
H ii
Pi
i
Qi
U
2 i
Bii
U
B2
i ii
Lii
Qi
U
2 i
Bii
U
2 i
2020/3/31
1
带有最优 乘子的牛 顿潮流算
法
牛拉 法
保留非线 性直角坐
标法
保留非线 性直角坐 标快速潮
流法
简
简化
化
满足初 始条件 时为等 效算法
PＱ分 解法
定雅克 比牛顿
法
2020/3/31
基本潮流
最优潮流牛顿算法
最优潮流简化梯度 算法
优化潮流
2
算法名称
算法特性
最优乘子法
能够有效地解决病态系统的潮流计算，且 永远不换发散
2020/3/31
3
内容提要
功率方程 牛拉法 P-Q分解法 保留非线性潮流算法 最小化潮流算法 最优潮流 潮流计算中稀疏技术的运用
2020/3/31
4
➢功率方程
电力系统中已知的往往是功率，需要用已知的功率来代替未
知的电流：
S%i
Pi
代入H、L的表达式
i j时
H ij
Pi
j
UiU j (Gij sin ij
Bij cosij )
cosij 1,Gij sinij 0 U iU j Bij
Lij
Pi U j
Uj
UiU j (Gij
sin ij
Bij
cosij )
cosij 1,Gij sinij 0 U iU j Bij
2020/3/31
15
i j时
H ii
Pi
i
Qi
U
2 i
Bii
U
B2
i ii
Lii
Qi
U
2 i
Bii
U
2 i
电力系统潮计算PPT课件
⑴在 B '中尽量去掉那些对有功功率及电压相角影响较小的因素，如
略去变压器非标准电压比和输电线路充电电容的影响；在 B 中'' 尽
量去掉那些对无功功率及电压幅值影响较小的因素，如略去输电 线路电阻的影响。
⑵为了减少在迭代过程中无功功率及节点电压幅值对有功迭代的影 响，将（2-44）右端U各元素均置为标幺值1.0.
• 潮流计算公式作如下修改：
P i a 1 b 1 u u ii0 c 1 u u ii0 2 P i0 (s) u ij iu jG ijc o ij B s ijs iijn
Q i a 1 b 1 u u ii0 c 1 u u ii0 2 Q i (0 s) u ij iu jG ijs iijn B ijc o ij s
（4）和节点导纳矩阵具有相同稀疏结构的分块雅可比矩阵 在位置上对称，但由于数值上不等，说以，雅可比矩阵式 一个不对称矩阵。
2024/6/4
11
四、牛顿潮流算法的性能分析
• 优点：
⑴收敛速度快。
如果初值选择较好，算法将具有平方收敛性，一般迭代4~5次便 可以收敛到一个非常精确地解，而且其迭代次数与计算的网络规模 基本无关。
方程组的解。而牛顿法出于线性近似，略去了高阶项，因此用每次迭
代所求得的修正量对上一次的估计值加以改进后，仅是向真值接近了
一步而已。
2024/6/4
24
为了推导算法的方便，下面将上述潮流方程写成更普遍的齐次二次方 程的形式。
首先作以下定义：
一个具有n个变量的齐次代数方程式的普遍形式为：
（2-65）
2024/6/4
2024/6/4
3
第三节 牛顿潮流算法
一、牛顿法的基本原理
基于内点法最优潮流计算
定义对偶间隙和障碍参数为：
GaplTzuTw
u Gap
2r
精选课件
6
内点法小结
• 内点法实质上是牛顿法、对数壁垒函数法以及拉格朗日函 数法三者的结合。用对数壁垒函数处理不等式约束，用拉 格朗日函数处理等式约束，用牛顿法求解修正方程。
• （1）初始点的选取：跟踪中心轨迹内点法对初始点无要 求。
• （2）迭代收敛判据：对偶间隙小于某一给定值（最大潮 流偏差小于某一给定值）。
意义：
电力系统的经济运行一直是研究者们的热门课题。 随着人们对电能质量和安全性问题的重视，迫切需 要将三方面的要求统一起来考虑。最优潮流作为满 足这一目标的重要手段，近年来获得了飞速发展。
精选课件
3
研究现状
现阶段已有的最优潮流计算方法：
• 1、非线性规划法 • 2、二次规划法 • 3、线性规划法 • 4、内点法 • 5、人工智能方法
精选课件
14
算例迭代过程分析
迭代次数
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
V1
2
V2
3
V3
2.9392e-001 -1.6219e-001 -1.0084e-001 -4.0923e-003 -4.5985e-003 1.6990e-002 3.4407e-003 3.8783e-003 2.0056e-003 7.9961e-004 3.3857e-004
3
0.153j 0.032+0.161j
0.0745j 0.1045j
0.179j 0.039+0.017j
1.25+0.5j
9
0.088j 0.01+0.085j
潮流计算上机指导ppt课件
创建开发项目
打开“开始->程 序 ->Microsoft Visual Studio2008 -> Microsoft Visual Studio2008”，启动 Microsoft Visual Studio2008的主程序 界面如右
点击“文 件->新建>项目”， 启动了创 建项目对 话框如右
1.2.1 头文件和命名空间的引用 1.2.2 iostream类的使用
头文件和命名空间的引用
根据C语言标准，所有类和函数都是使用 头文件进行定义和说明的。在程序的开始 需要加入必需的头文件（.h）。C++类库 还增加了命名空间(namespace)，程序所 用到的大多数类都包含在 “std”命名空间中，这些 都 需要在程序中加以说明。
成绩
提交课程设计论文报告，包含三部分内
容：程序设计体会、思考题答案和潮流程序 及计算结果。
比试。
1 基础知识
开发潮流计算程序使用的平Microsoft Visual Studio系列开发软件，本课程主要 采用Visual C/C++软件开发。下面介绍一 些常用的知识。 1.1创建开发项目 1.2简单输入输出程序测试 1.3程序的调试方法 1.4文件输入输出程序测试 1.5解方程程序测试
课程安排
课程共分为几个阶段： 程序设计初步知识（2学时） 数据结构、主程序框架、数据录入（2学时） 节点导纳矩阵的生成（2学时） 设置电压初始值、计算不平衡量（2学时） 建立雅可比矩阵、解修正方程（2学时） 设定收敛条件，完成潮流迭代程序（2学时） 计算线路潮流，网损，平衡节点功率，输出计算 结果（2学时）
// TEST.cpp: 主项目文件。 #include "stdafx.h" #include "fstream" #include "iostream" #include "NEquation.h" using namespace System; using namespace std; int main(array<System::String ^> ^args) { NEquation ObNEquation; //建立一个对象 ObNEquation.SetSize(2); //设置矩阵的维数为2维 ifstream infile1; infile1.open("Xishu.txt"); for(int i=0;i<2;i++) for(int j=0;j<2;j++) infile1>>ObNEquation.Data(i,j); infile1.close(); ifstream infile2; infile2.open("Hanshuzhi.txt"); for(int i=0;i<2;i++) infile2>>ObNEquation.Value(i); infile2.close(); ObNEquation.Run(); //调用NEquation头文件中的Run函数。 for(int i=0;i<2;i++) cout<<ObNEquation.Value(i)<<endl; //输出结果 Console::WriteLine(L"Hello World"); return 0; }
现代电力系统分析理论与方法 第7章 电力系统最优潮流
最优潮流计算
在系统的结构参数及负荷情况给定情况下，通过控制变量的优选， 找到能够满足所有给定的约束条件，并使系统的某一技术指标达到 最优（如网损、煤耗）时的潮流分布。
注：u为待选变量 约束条件分为等式约束条件和不等式约束条件。 采用的方法为：非线性规划
4
第一节
概述
随着电力系统规模扩大，对计算速度和系统安全性提出了更高要求，这 些经典调度理论已不能满足要求。将电力系统的潮流计算和优化理论结合， 并且计及系统的各种约束条件和电能质量，即形成了经典的优化理论—— 最优潮流(OPF)。OPF已在电力市场很多经济理论中广泛应用。
11
第二节
最优潮流的数学模型
考虑电力系统的经济因素，20世纪60年代末出现了一些经济调度理论， 例如最优分配有功负荷分布的等耗量微增率和无功电源最优分布的等网损 微增率。等耗量微增率准则是指系统所有发电机组具有同样的耗量微增率 时，系统运行所需要的费用最小，等网损微增率是指系统所有无功电源配 置具有相同的网损微增率时，系统网损最小。
最优潮 流的目 标函数
全系统火电机组燃料总费用，即 f Ki (PGi ) inG
式中：nG 为全系统所有发电机的集合，Ki (PGi ) 为第i台发 电机的耗量特性，一般用二次多项式表示，PGi 为第i台发电
机的有功出力。
有功网损，即 f (Pij Pji ) (i, j )nl 式中，nl 表示所有支路的集合。 9
可以证明最优潮流包含了等耗量微增率和等网损微增率，是这2个准则 在电力系统中的进一步发展运用（通过对目标函数的比较、约束条件的比 较、物理含义的分析等等）。
12
第三节
最优潮流的简化梯度算法
13
第三节
最优潮流
最优潮流问题特点迭代算法及收敛性最优潮流求解过程是一个迭代过程因此存在迭代是否收敛问题最优解的多值性和存在性最优潮流问题是典型的非线性规划问题从数学观点看应该有多组解由于最优潮流考虑的约束包括运行约束和安全约束比较多在某些情况会出现无解的情非线性规划法nonlinearprogrammingnlp二次规划法quadraticprogrammingqp线性规划法linearprogramminglp人工智能方法非线性规划法有约束非线性规划方法的基本思想是利用拉格朗日乘子法和罚函数法建立增广目标函数使有约束非线性规划问题转化为无约束的非线性规划问题然后利用不用的数学方法优化求解
线性规划法（linear Programming, LP） 混合规划法 内点算法 人工智能方法
非线性规划法
有约束非线性规划方法的基本思想是利用拉 格朗日乘子法和罚函数法建立增广目标函 数，使有约束非线性规划问题转化为无约束 的非线性规划问题，然后利用不用的数学方 法优化求解。
第一个成功的最优潮流算法是Ｄｏｍｍｅｌ 和Ｔｉｎｎｅｒｙ于１９６８年提出的简化 梯度算法。
μ = lT z − uT w
2r
Gap = lT z − uT w
如果参数 μ 按上式取值时，算法的收敛性较
差，所以建议采用
μ = σ Gap
2r
σ ∈ (0,1) 为中心参数，一般取0.1，在大多数
场合可获得较好的收敛效果。
线性化的方程为
[ ] −
∇
2 x
f
(
x
)
−
∇
2 x
h(
x)
y
−
∇
2 x
⎢⎢∇
T x
h(
x
)
0
线性规划法（linear Programming, LP） 混合规划法 内点算法 人工智能方法
非线性规划法
有约束非线性规划方法的基本思想是利用拉 格朗日乘子法和罚函数法建立增广目标函 数，使有约束非线性规划问题转化为无约束 的非线性规划问题，然后利用不用的数学方 法优化求解。
第一个成功的最优潮流算法是Ｄｏｍｍｅｌ 和Ｔｉｎｎｅｒｙ于１９６８年提出的简化 梯度算法。
μ = lT z − uT w
2r
Gap = lT z − uT w
如果参数 μ 按上式取值时，算法的收敛性较
差，所以建议采用
μ = σ Gap
2r
σ ∈ (0,1) 为中心参数，一般取0.1，在大多数
场合可获得较好的收敛效果。
线性化的方程为
[ ] −
∇
2 x
f
(
x
)
−
∇
2 x
h(
x)
y
−
∇
2 x
⎢⎢∇
T x
h(
x
)
0
基于内点法最优潮流计算 PPT
8300
8200
8100
8000
7900
7800
7ห้องสมุดไป่ตู้00
7600
0
2
4
6
8 10 12 14 16
迭代次数
5节点目标函数变化曲线
102
0
10
10-2
10-4
-6
10
10-8
-10
10
0
2
4
6
8
10
12
14
16
迭代次数
5节点最大不平衡量变化曲线
目标函数
最大不平衡量
1092
1091.5
1091
1090.5
r
r
L f( x ) y T h ( x ) z T [ g ( x ) l g ] w T [ g ( x ) u g ] ulo lr ) u gl( o u r )g(
j 1
j 1
用牛顿法求解KKT方程，得到最优解。
L 0 , L 0 , L 0 , L 0 , L 0 , L 0 x y z w l u
1:1.05 2 0.08+0.30j 4 0.015j
1.05：1
3 0.03j
5
2+1j
j0.25
0.04+0.25j 0.25j
j0.25 3.7+1.3j
0.1+0.35j
1
1.6+0.8j
1+0.35j
2
7
0.0625j 8 0.0085+0.072j
0.0119+0.1008j 6 0.0586j
3
0.153j 0.032+0.161j
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001
001
001
001
001
001
3 -1.8794e- -5.5454e- -6.4840e- 3.3661e- 1.5342e- 1.1246e-
002
002
002
001
001
001
4 -1.2326e- -1.8264e- 1.9823e- -2.0804e- -
5.0985e-
002
001
• （1）初始点的选取：跟踪中心轨迹内点法对初始点无要求。 • （2）迭代收敛判据：对偶间隙小于某一给定值（最大潮流偏差小于某一给
定值）。
7
算法流程图：
初始
化
计算互补间
隙Gap
是
Gap
<否
计算扰动 因子miu
求解修正方程，得各修正量 △x,△y,△l,△v,△z,△w
计算步长 ap和ad
更新原始变量 和对偶变量 是
j 1
j 1
用牛顿法求解KKT方程，得到最优解。
L 0 , L 0 , L 0 , L 0 , L 0 , L 0 x y z w l u
定义对偶间隙和障碍参数为：
GaplTzuTw
u Gap
2r
6
内点法小结
• 内点法实质上是牛顿法、对数壁垒函数法以及拉格朗日函数法三者的结合。 用对数壁垒函数处理不等式约束，用拉格朗日函数处理等式约束，用牛顿法 求解修正方程。
g(x)l g
g(x)ug
l 0,u0
5
r
r
obj. min. f (x) u log(lr ) u log(ur )
j1
j1
s.t. h(x) 0
g(x) u g
g(x) l g
构造拉格朗日函数：
r
r
L f( x ) y T h ( x ) z T [ g ( x ) l g ] w T [ g ( x ) u g ] ulo lr ) u gl( o u r )g(
PG 1
PG 2
PG 3
QG1
QG 2
QG3
1 -6.3735e- -7.3690e- -4.4228e- -4.7464e- -
-
001
002
002
001
4.2441e- 4.3584e-
001
001
2 -5.3094e- 2.5040e- 1.4832e- 4.9030e- 3.7245e- 1.5043e-
电力系统的经济运行一直是研究者们的热门课题。随着人 们对电能质量和安全性问题的重视，迫切需要将三方面的 要求统一起来考虑。最优潮流作为满足这一目标的重要手 段，近年来获得了飞速发展。
3
研究现状
现阶段已有的最优潮流计算方法：
• 1、非线性规划法 • 2、二次规划法 • 3、线性规划法 • 4、内点法 • 5、人工智能方法 内点法的优越性： • 1、收敛速度快。 • 2、对系统规模不敏感。 • 3、对初始点不敏感。
基于内点法最优潮流计算
1
主要内容
1、
课题研究的意义和现状
2、
最优潮流的原对偶内点算法
3、
最优潮流的预测校正内点算法
4、
结论
2
一、课题研究的意义和现状
概念： 意义：
最优潮流问题（OPF）就是在系统结构参数及负荷给定的 情况下，通过优选控制变量，确定能满足所有的指定约束 条件，并使系统的某个性能指标达到最优时的潮流分布。
-001
4
0
-
-
-
2.7729e 2.3627e
4.0923e 1.2501e 1.7413e -002 -003
-003 -002 -003
5
0节点电压- 相角、幅- 值随迭代3次.88数97的e 变5化.0情15况5e 8.9416e
4.5985e 1.0843e -003 -003 -003
-003 -002
-001 -001 -001 -001 -001
2
0
-
7.0709e -
6.5108e -
1.6219e -002 1.6634e -002 1.8479e
-001
-001
-001
3
0
-
3.1243e -
2.6502e -
1.0084e -002 1.1979e -002 1.2536e
-001
-001
5
0.9+0.3j
0.017+0.092j
0.079j 4 0.0576j
1
5节点系统结构图
9节点系统结构图
9
1、模型
5节点算例求解过程
10
5节点算例求解过程
11
2、形成系数矩阵
5节点算例求解过程
12
5节点算例求解过程 3、形成常数项
13
算例迭代过程分析
迭代 有功源有功出力增量 次数
无功源无功出力增量
4
二、最优潮流的原对偶内点算法
数学模型：
obj . min . f ( x )
s.t . h ( x ) 0
f(x)为目标函数；h(x)为等式约束条g 件g；( xg)(x)为g 不等式约束条件。
原对偶内点算法：
首先将不等式约束转化为等式约束:
然后构造障碍函数，将含不等式约束的优化问题转化为只含等式约束的问题：
0.1+0.35j
1
1.6+0.8j
1+0.35j
2
7
0.0625j 8 0.0085+0.072j
0.0119+0.1008j 6 0.0586j
3
0.153j 0.032+0.161j
0.0745j 0.1045j
0.179j 0.039+0.017j
1.25+0.5j
9
0.088j 0.01+0.085j
1092
15
收敛特性分析
目标函数
8400
8300
8200
8100
8000
7900
7800
7700
7600
0
2
4
6
8 10 12 14 16
迭代次数
5节点目标函数变化 曲线 102
0
பைடு நூலகம்10
10-2
10-4
-6
10
10-8
-10
10
0
2
4
6
8
10
12
14
16
迭代次数
5节点最大不平衡量变化 曲线
目标函数
最大不平衡量
输 出 最 优 解。
k<5 否0
输出“计算
不收敛！”
8
算例结构图
运用MATLAB最优潮流内点算法程序测试的5节点、9节点（30节点）d等系统 的结构图如下所示。
1:1.05 2 0.08+0.30j 4 0.015j
1.05：1
3 0.03j
5
2+1j
j0.25
0.04+0.25j 0.25j
j0.25 3.7+1.3j
001
002
1.9440e- 002
002
5 -3.8403各e-有功-7.、65无35功e-电7源.7出33力2e随- 迭-代5.7次02数5e的- 变-化情况 5.3726e-
004
002
002
002
2.2982e- 002
003
14
算例迭代过程分析
迭代次
数
1
V1
2
V2
3
V3
1
0
2.9392e 1.3055e 3.5565e 1.3159e 3.6472e