题目：基于PC网格的互联电网高性能优化算法研究

将分布式计算和网格计算技术应用于电力系统是一个具有挑战性的课题，它能解决电力系统中长期无法圆满解决的优化问题，并将成为电力系统分析和计算中不可缺少的重要工具和手段之一。本文在深入分析和研究了网格计算技术和网格体系结构研究的基础上，参照国际上网格应用的成功案例，建立了电力系统高性能计算的体系结构及其计算网格，对互联电网下的高性能算法进行了研究。基于PC网格分布求解电力系统互联电网最优潮流问题和全网无功优化问题，不仅从理论上可以得到全网经济运行的最优解，并且使待求解的各个子问题能在PC机群构建的网格系统实现，从而有效提高求解的速度。本文研究内容主要包括以下6个方面：1、研究了电力系统环境下网格的体系结构，对电力系统网格计算总体进行研究，分析了分布式的网格计算与并行计算的区别与联系，提出了既符合互联电网运行特点，又满足调度自动化系统实际需求的高可用和高扩展的电力网格体系结构，接着对电力网格计算模式进行了研究。在分析电网调度自动化系统结构特点的基础上，确定了网格服务的层次，对电力应用服务进行了划分，设计并初步实现了一套电力网格原型系统。2、研究互联电网下的大系统最优潮流优化策略，基于部分对偶理论分析了电网分区的分解协调模型，提出了一种基于直流最优潮流模型的互联电网多区域分解并行求解最优潮流算法，将一个大的电网互联系统分解成多个区域子问题，每个区域子问题是个典型的二次规划问题，使用直流最优潮流模型来求解互联电网的最优潮流分布，并讨论了分区优化收敛条件。3、研究了互联电网环境下的交流最优潮流，建立了基于互联电网的分区OPF分解协调模型，采用辅助问题原理APP对优化问题进行了等价分解，提出了一种用序列二次规划(SQP)的分布式并行OPF计算算法，使用该算法解决跨区域的输电阻塞问题。跨区域阻塞管理问题可描述为调整成本最小的优化问题，通过区域分解把跨区域的阻塞管理问题分解为多个区域的SQP问题，这些问题可在分布并行的方式下求解。对3个区域互联的IEEE RTS-96算例进行分析，结果表明该文算法是一种有效的解决跨区域输电阻塞算法。4、提出了面向高压配电网的快速优化算法--经济压差算法，简化数学模型的同时，利用经济压差原理简化了优化目标函数。通过算例计算，验证了其在保证优化结果的同时，极大地提高了计算速度，很适合于实时性要求高的场合中。此外对基于经济压差的外网等值异步模式进行了研究，该模式能够较好地解决互联电网环境下的电压与无功控制，使用PC网格能够从架构上解决分布式实现的问题。5、针对无功优化具有的非线性、离散性、复杂性和多目标性等特点，运用遗传算法来进行无功优化，同时，针对遗传算法所带来的“早熟”问题，提出一系列方法进行改进，包括混合模拟退火，改进交叉和变异算子及采用最优个体恢复策略，产生了两种改进遗传算法：遗传模拟退火算法和免疫遗传算法。基于遗传算法的隐并行性和随机性，提出了多进程运行的并行式遗传算法，在多个进程之间相互迁移最优个体以加快收敛和增强寻优结果的稳定性，并在此算法基础上，应用分布式MPI技术提供的库函数对各个进程之间的信息交换进行封装，构建成分布式并行遗传算法。6、实现了基于电力网格技术的分布式最优潮流计算。通过模拟表明，该仿真系统能够解决电力系统中的高性能协同计算问题。本文所进行的基于PC网格的互联电网下的高性能算法研究对于电力系统优化计算具有理论意义和研究价值。本课题的主要研究结论不仅适用于电力系统优化与计算，对于解决其他领域的网格计算系统也具有一定的借鉴意义。