基于改进遗传算法的无功优化设计介绍.doc

1 绪论 1.1 背景与意义 电能是现今社会最主要的能源，人们工作生活中都离不开电能。随着社会的不断发展，电能的重要性显著增加。提供安全、可靠、稳定、环保的电能是现今电力系统发展的首要目标。最优潮流被提出以后就一直用于电力系统的经济和安全运行及规划[1]。最优潮流是指当系统的结构参数和负荷情况都已给定时，调节可利用的控制变量(如发电机输出功率、可调变压器抽头等)来找到能满足所有运行约束的，并使系统的某一性能指标(如发电成本或网络损耗)达到最优值下的潮流分布[2-4]。这一大系统非线性规划问题通常分为两个子问题调节发电机的有功出力以减少发电费用；调节P-V节点和平衡节点的电压及可调变压器的分接头位置以改善电压分布及减少系统的有功网损[5],后者即为无功优化问题。 电力系统无功优化控制是指在满足各种电力系统运行条件的约束下，对系统进行尽量少的无功补偿，使电力系统中的各个节点电压得到最大限度的改善，系统的有功网损降低，达到提高电力系统运行稳定性与经济性的目的[6]。它涉及选择无功补偿装置地点、确定无功补偿容量、调节变压器分接头和发电机机端电压的配合等, 是一个动态、多目标、多约束的非线性规划问题，也是电力系统分析中的一个难题[7-9]。 无功功率的最优分布包括无功功率电源的最优分布和无功功率负荷的最优补偿两个方面[10]。电力系统的无功优化和电压控制是相互作用的，合理的无功潮流分布是维持电压稳定的前提。无功功率的流动将在电网中产生压降，造成电力系统节点电压偏移。当节点处的无功功率过剩时，往往意味着电压的升高，相反，当节点处的无功功率不足时，常常会使电压水平降低[11-13]。 电力系统无功优化与控制是保证电力系统安全经济运行、提高电压质量的重要措施，对指导调度人员安全运行和计划部门进行电网规划具有重要意义。电力系统无功优化与控制不仅能改善电压质量，提高电力系统运行的稳定性，更能有效的减少网损，节约能源[14]。因此研究无功优化与控制问题具有重要意义。 1.2 现状和发展趋势 在无功优化问题这一研究领域内, 已有多种解决方法, 例如线性规划、非线性规划、混合整数规划、灵敏度分析、遗传算法等。这些方法都有各自的优越性，也有一定程度的局限性[15]。 线性规划是比较成熟的它速度快、收敛性好、算法稳定但在处理无功规划优化时需要将目标函数和约束函数线性化要求优化问题可微对离散性问题缺乏指导性；若迭代步长选取不合适可能会引发振荡或收敛缓慢。非线性规划能直接处理非线性的目标函数和约束函数但非线性规划还没有一个成熟的算法现有算法存在计算量大、收敛性差、稳定性不好等问题。尽管基于灵敏度和梯度法的数学优化方法能用来解决电力系统的无功优化问题但与线性规划法同样要求假设控制量是连续的而且通常只能求得局部最优解混合整数规划可以较好地处理离散性整数问题但在实际中由于操作复杂而得不到推广应用[16-18]。 1967年J. D. Bagley首次提出了遗传算法(Genetic Algorithm简称GA)的概念。1975年左右美国密执安大学教授John H. Holland等研究出了具有开创意义的遗传算法理论和方法。在研究遗传算法的专家学者中D. E. Goldberg的贡献最为突出。他不但建立并完善了整个GA体系而且将其应用到优化、有哪些信誉好的足球投注网站及机器学习等领域为GA的发展拓展了天地[19]。 遗传算法把自然界中基于自然遗传和自然选择的机制引入到数学理论中来提出了一种全新的寻优算法。它是利用目标函数本身的信息建立寻优方向，因此不要求函数的连续性和可导性有能力在一个复杂的、多极值点、具有不确定性的空间中寻找全局最优解[20]。遗传算法随着计算机技术的高速发展已经引起越来越多的注意并已经应用于求解许多领域中的难题。在许多情况下遗传算法表现得优于传统的优化算法[21-22]。 近年来,遗传算法在有哪些信誉好的足球投注网站与最优化问题方面已取得较大的进展。在电力系统技术中,这一应用已经覆盖了负荷预测,电力系统设计与规划,电力系统的进度安排与调度,单位投入和其它电力系统控制问题[23-24]。遗传算法在寻求电力系统问题全局最优解方面是强有力的工具，并被广泛应用于最优化及数学问题上[25-26]。在电力系统研究中，遗传算法具有随机有哪些信誉好的足球投注网站、灵活高效、稳定、多目标处理和对复杂因素进行处理等优点[27]。 2 电力系统潮流计算问题及其方程求解方法 2.1 电力网络方程 电力网络方程是指将网络的相关参数、变量及相互关系所组成的能反映电力电力网络性能的数学方程式组。电力系统潮流计算不常采用割集电压方程。节点电压方程和回路电流方程相比，节点电压方程有明显的优势。因电力系统的等值电路中有较多的接地支路，节点电压方程数远小于独立的回路方程数。采用节点电压方程，还有如下一些优点:对具有交叉跨接的非平面网络，节点电压方程的