FACTS技术的时代背景柔性交流...
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关键词：柔性交流输电系统；交互影响；协调优化；多目标优化；教与学算法
-II-
工程硕士学位论文
Abstract
With the increasing comp lexity of power gr id and the continuo us development of heavy-duty power electronic techno logy, the technique of Flexib le AC Transmiss ion System (FACTS) has become one of the hottest advanced control methods in power system. Under the premise of mainta ining the transient and dyna mic stability, FACTS can greatly enhance the capacity of transmiss ion line and improve the voltage quality of the system e fficie ntly. Besides FACTS provides an effective means to achieve the smallest environmenta l pressures, the shortest cons truction period and the optima l economic benefit. However, with the large- scale application o f FACTS controllers, a potentia l r isk, the negative interaction between FACTS controllers , puts forward new requirements on power system operation and control. Therefore, the study on coordinatio n control technolo gy of FACTS controllers is of theory and engineering value.
本学位论文属于 1 、保密， 在____ __ 年解密 后适 用本 授权 书。 2、不保密。 （请在 以上 相应 方框 内打 “”）
作者签名： 导师签名：
日期： 日期：
年月日 年月日
-I-
基于多目标改进教与学算法的多 FACTS 装置协调控制研究
摘要
随着电网结构的日益复杂和大功率电力电子技术的不断发展，柔性交流输电 系统（FACTS）已成为最受关 注的电力 系统先进 控制发 展方向之 一。在不 影响系 统稳定性的前提下，FACTS装置能够大幅度地提高功率传输 能力，改善电压质量 ， 达到环境压 力最小、 建设周期 最短和经 济效益 最优的目 标。但是FACTS装置的规 模化应用同 时也对电 网运行提 出了新的 要求， 即如何有 效避免FACTS控制器间的 不利交互影 响。因此 ，深入开 展多FACTS装置协调控制 技术的研 究工作具 有重要 的理论意义和工程应用价 值。
At present, the interaction and coordination design of FACTS controllers is on the eleme ntary stage, and there still exist ma ny proble ms to be explored thoroughly. Based on the dyna mical model of a large-scale multi- machine power system installed with multiple FATCS devices, this paper analyses and validates undesirable impacts of interactio ns among FATCS controllers in the power system. On this basis, a Multi-Objective Modified Teaching- Learning Algorithm (MOMTLA) is presented to coordinate the FACTS contro ller parameters to obtain a better comb ined performance , in whic h the static coordination of TCSC and SVC controllers is formulated as a multi- objective optimization proble m. Focusing on this issue，the dissertation, based upon the work of previous lecturer, cons ists of three main parts as follows :
Coordination Optimization of FACTS Controllers Using Multi-Objective Modified Teaching-Learning Algorithm
by ZHU Qianlong B.E.(Hunan University)2011 A thesis submitted in partial satisfaction of the Requirements for the degree of Master of Engineering
学校代号：10532 学 号：S1109W247 密 级：公开
湖南大学工程硕士学位论文
基于多目标改进教与学算法的多 FACTS 装置协调： 培 养 单 位： 专 业 名 称： 论文提交日期 ： 论文答辩日期 ： 答辩委员会主席：
朱前龙 曹一家 教授 宋军英 高工 电气与信息工程学院 电气工程 2013 年 04 月 15 日 2013 年 05 月 14 日 李欣然 教授
in Electrical Engineering
in the Graduate School
of Hunan University
Supervisor Professor Cao Yijia Senior Engineer Song Junying
April, 2013
湖南大学
学位论文原创性声明
-III-
基于多目标改进教与学算法的多 FACTS 装置协调控制研究
MOMTLA is emp loyed to search optima l Pareto solution of controller parameters. The proposed method is applied and validated in a typical IEEE multi- machine power system with SVC and TCSC. Simulation results demonstrate that FACTS controllers designed optima lly provide a better comb ined operation performa nce and significantly improve the system stability. Key Words : Fle xible AC Transmissio n Systems (FACTS); Interactio n; Coordination
目前，多FACTS装置交互影响 及其协 调运行领 域仍处于 初始阶 段，尚无 完善 的控制手段。本文从装有SVC和TCSC的多机系统模型 出发，分析并验证了FACTS 控制器间交互作用对电力 系统产生的不良影 响，将SVC和TCSC的协调控制问题转 化为多目标优化问题 ，采用多目标改 进教与学算法（MOMTLA）进行FACTS控制 器参数的优化协调设计以达到良好的闭环运行效果。围绕这一课题，论文在总结 前人工作的基础上，展开 了以下几个部分的 研究工作：
In the second part, a new coordination method of FACTS controllers based on MOMLTA is presented. The multi- objective optimization model in cons ideratio n of SVC and TCSC is for mulated to reduce the interactio ns between controllers. Then,
本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研 究成 果。除了 文中特 别加 以标 注引 用的 内容 外，本 论文 不包 含任 何其 他个人 或集 体已 经发 表或 撰写的 成果 作品 。对 本文的 研究 做出 重要 贡献 的个 人和集 体，均已 在文 中以明 确方 式标 明。本人 完全意 识到 本声 明的 法律 后果 由本人承担。
学校代号 10532 分 类 号 TM712
学 号 S1109W247 密 级 公开
工程硕士学位论文
基于多目标改进教与学算法的多 FACTS 装置协调控制研究
学位申请人姓名 培养单位 导师姓名及职称 学科专业 研究方向 论文提交日期
朱前龙 电气与信息工程学院 曹一家 教授 宋军英 高工 电气工程 FACTS 及智能控制 2013 年 04 月 15 日
作者签名：
日期： 年 月 日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留 并向 国家 有关 部门 或机构 送交 论文 的复 印件 和电 子版，允许 论文 被查 阅和借 阅。本人 授权湖 南大 学可 以将 本学 位论 文的全 部或 部分 内容 编入 有关 数据库 进行 检索 ，可 以采用 影印 、缩 印或 扫描 等复制 手段 保存 和汇 编本 学位 论文。
In the first part, a novel Multi-Objective Modified Teaching- Learning Algorithm (MOMTLA) is proposed to solve the defic ienc y of TLA in dealing with multi- objective optimizatio n proble ms. Compared with conventiona l TLA, an improved learner phase in teams is presented and comes with a locked device phase to improve the global searching ability and ideal convergence. Then several meta- heur istic techniques are applied to make a satis factory multi- objective optimization method in MOMTLA. Simulation results in both test functions de monstrate the valid ity of MOMTLA.
第一部分针对教与学算法处理多目标优化问题时的不足之处，提出了多目标 改进教与学算法（MOMTLA）。MOMTLA的互学搜索改进为 小组互学搜索 ，结合 单机锁止搜索提高寻优能力，并应用多项元启发式技术进行优化求解，测试函数 的仿真结果验证了所提算法的有效性。
第二部分提 出了基于 多目标 改进与学 算法的多FACTS装置协调 方法。该 方法 以克服FACTS控制器间的不利交互影响 为前提，建立了SVC与TCSC的多目标优化 模型，采 用MOMTLA进行 控制器 参数Pareto解集的寻优 搜索。 在四机 两区 域中的 仿真结果表 明，经协 调设计后 的FACTS控制器联 合运行 效果良好 ，显著提 高了系 统的稳定性。
-II-
工程硕士学位论文
Abstract
With the increasing comp lexity of power gr id and the continuo us development of heavy-duty power electronic techno logy, the technique of Flexib le AC Transmiss ion System (FACTS) has become one of the hottest advanced control methods in power system. Under the premise of mainta ining the transient and dyna mic stability, FACTS can greatly enhance the capacity of transmiss ion line and improve the voltage quality of the system e fficie ntly. Besides FACTS provides an effective means to achieve the smallest environmenta l pressures, the shortest cons truction period and the optima l economic benefit. However, with the large- scale application o f FACTS controllers, a potentia l r isk, the negative interaction between FACTS controllers , puts forward new requirements on power system operation and control. Therefore, the study on coordinatio n control technolo gy of FACTS controllers is of theory and engineering value.
本学位论文属于 1 、保密， 在____ __ 年解密 后适 用本 授权 书。 2、不保密。 （请在 以上 相应 方框 内打 “”）
作者签名： 导师签名：
日期： 日期：
年月日 年月日
-I-
基于多目标改进教与学算法的多 FACTS 装置协调控制研究
摘要
随着电网结构的日益复杂和大功率电力电子技术的不断发展，柔性交流输电 系统（FACTS）已成为最受关 注的电力 系统先进 控制发 展方向之 一。在不 影响系 统稳定性的前提下，FACTS装置能够大幅度地提高功率传输 能力，改善电压质量 ， 达到环境压 力最小、 建设周期 最短和经 济效益 最优的目 标。但是FACTS装置的规 模化应用同 时也对电 网运行提 出了新的 要求， 即如何有 效避免FACTS控制器间的 不利交互影 响。因此 ，深入开 展多FACTS装置协调控制 技术的研 究工作具 有重要 的理论意义和工程应用价 值。
At present, the interaction and coordination design of FACTS controllers is on the eleme ntary stage, and there still exist ma ny proble ms to be explored thoroughly. Based on the dyna mical model of a large-scale multi- machine power system installed with multiple FATCS devices, this paper analyses and validates undesirable impacts of interactio ns among FATCS controllers in the power system. On this basis, a Multi-Objective Modified Teaching- Learning Algorithm (MOMTLA) is presented to coordinate the FACTS contro ller parameters to obtain a better comb ined performance , in whic h the static coordination of TCSC and SVC controllers is formulated as a multi- objective optimization proble m. Focusing on this issue，the dissertation, based upon the work of previous lecturer, cons ists of three main parts as follows :
Coordination Optimization of FACTS Controllers Using Multi-Objective Modified Teaching-Learning Algorithm
by ZHU Qianlong B.E.(Hunan University)2011 A thesis submitted in partial satisfaction of the Requirements for the degree of Master of Engineering
学校代号：10532 学 号：S1109W247 密 级：公开
湖南大学工程硕士学位论文
基于多目标改进教与学算法的多 FACTS 装置协调： 培 养 单 位： 专 业 名 称： 论文提交日期 ： 论文答辩日期 ： 答辩委员会主席：
朱前龙 曹一家 教授 宋军英 高工 电气与信息工程学院 电气工程 2013 年 04 月 15 日 2013 年 05 月 14 日 李欣然 教授
in Electrical Engineering
in the Graduate School
of Hunan University
Supervisor Professor Cao Yijia Senior Engineer Song Junying
April, 2013
湖南大学
学位论文原创性声明
-III-
基于多目标改进教与学算法的多 FACTS 装置协调控制研究
MOMTLA is emp loyed to search optima l Pareto solution of controller parameters. The proposed method is applied and validated in a typical IEEE multi- machine power system with SVC and TCSC. Simulation results demonstrate that FACTS controllers designed optima lly provide a better comb ined operation performa nce and significantly improve the system stability. Key Words : Fle xible AC Transmissio n Systems (FACTS); Interactio n; Coordination
目前，多FACTS装置交互影响 及其协 调运行领 域仍处于 初始阶 段，尚无 完善 的控制手段。本文从装有SVC和TCSC的多机系统模型 出发，分析并验证了FACTS 控制器间交互作用对电力 系统产生的不良影 响，将SVC和TCSC的协调控制问题转 化为多目标优化问题 ，采用多目标改 进教与学算法（MOMTLA）进行FACTS控制 器参数的优化协调设计以达到良好的闭环运行效果。围绕这一课题，论文在总结 前人工作的基础上，展开 了以下几个部分的 研究工作：
In the second part, a new coordination method of FACTS controllers based on MOMLTA is presented. The multi- objective optimization model in cons ideratio n of SVC and TCSC is for mulated to reduce the interactio ns between controllers. Then,
本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研 究成 果。除了 文中特 别加 以标 注引 用的 内容 外，本 论文 不包 含任 何其 他个人 或集 体已 经发 表或 撰写的 成果 作品 。对 本文的 研究 做出 重要 贡献 的个 人和集 体，均已 在文 中以明 确方 式标 明。本人 完全意 识到 本声 明的 法律 后果 由本人承担。
学校代号 10532 分 类 号 TM712
学 号 S1109W247 密 级 公开
工程硕士学位论文
基于多目标改进教与学算法的多 FACTS 装置协调控制研究
学位申请人姓名 培养单位 导师姓名及职称 学科专业 研究方向 论文提交日期
朱前龙 电气与信息工程学院 曹一家 教授 宋军英 高工 电气工程 FACTS 及智能控制 2013 年 04 月 15 日
作者签名：
日期： 年 月 日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留 并向 国家 有关 部门 或机构 送交 论文 的复 印件 和电 子版，允许 论文 被查 阅和借 阅。本人 授权湖 南大 学可 以将 本学 位论 文的全 部或 部分 内容 编入 有关 数据库 进行 检索 ，可 以采用 影印 、缩 印或 扫描 等复制 手段 保存 和汇 编本 学位 论文。
In the first part, a novel Multi-Objective Modified Teaching- Learning Algorithm (MOMTLA) is proposed to solve the defic ienc y of TLA in dealing with multi- objective optimizatio n proble ms. Compared with conventiona l TLA, an improved learner phase in teams is presented and comes with a locked device phase to improve the global searching ability and ideal convergence. Then several meta- heur istic techniques are applied to make a satis factory multi- objective optimization method in MOMTLA. Simulation results in both test functions de monstrate the valid ity of MOMTLA.
第一部分针对教与学算法处理多目标优化问题时的不足之处，提出了多目标 改进教与学算法（MOMTLA）。MOMTLA的互学搜索改进为 小组互学搜索 ，结合 单机锁止搜索提高寻优能力，并应用多项元启发式技术进行优化求解，测试函数 的仿真结果验证了所提算法的有效性。
第二部分提 出了基于 多目标 改进与学 算法的多FACTS装置协调 方法。该 方法 以克服FACTS控制器间的不利交互影响 为前提，建立了SVC与TCSC的多目标优化 模型，采 用MOMTLA进行 控制器 参数Pareto解集的寻优 搜索。 在四机 两区 域中的 仿真结果表 明，经协 调设计后 的FACTS控制器联 合运行 效果良好 ，显著提 高了系 统的稳定性。