基于遺傳算法的太空發(fā)電接收站無功補償控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于遺傳算法的太空發(fā)電地面接收站無功補償控制方法，根據(jù)太空發(fā)電及輸電的原理，建立太空發(fā)電地面接收站并網(wǎng)的無功優(yōu)化模型；對太空發(fā)電地面接收站模型中的無功補償容量、接收功率P、節(jié)點負荷功率及節(jié)點電壓等進行染色體編碼，形成初始種群。計算初始種群中滿足約束檢驗的個體的適應(yīng)度值；根據(jù)初始種群中的各個體適應(yīng)度值進行選擇、自適應(yīng)地交叉和變異，產(chǎn)生新一代種群；若相鄰兩代種群個體的最大適應(yīng)度值之差的絕對值小于設(shè)定值ε，則對新種群中適應(yīng)度值最大的個體進行譯碼，得出無功補償?shù)淖顑?yōu)值。本發(fā)明方法計算速度較快，通用性強，對于太空發(fā)電地面接收站的無功優(yōu)化有較高的理論意義和應(yīng)用價值。
【專利說明】基于遺傳算法的太空發(fā)電接收站無功補償控制方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及太空發(fā)電地面接收站的無功補償建設(shè)領(lǐng)域，特別涉及一種基于遺傳算 法的太空發(fā)電接收站無功補償控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 無功功率是電力系統(tǒng)設(shè)計運行中的一個重要因素，與電力系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定運行 及電力經(jīng)濟息息相關(guān)。首先，無功功率的增加會導(dǎo)致電流的增大，這不僅使設(shè)備及線路的損 耗增加，而且還會威脅到設(shè)備的安全運行；另外，電流和視在功率的增大也會導(dǎo)致發(fā)電機、 變壓器及其他電氣設(shè)備容量的增加，同時，電力用戶的啟動及控制設(shè)備、測量儀表的尺寸和 規(guī)格也要加大，這使電網(wǎng)的經(jīng)濟運行大打折扣。近幾十年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們對電能 質(zhì)量的要求越來越高，而保持適量的無功裕度是電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行的重要保障。
[0003] 太空發(fā)電地面接收站利用天線接收功率，逆變?yōu)榻涣魃逃秒姇r，吸收無功功率，易 引起并網(wǎng)點的電壓降落。所以電壓穩(wěn)定是其并網(wǎng)運行中普遍存在的問題。隨著太空發(fā)電的 興起，并網(wǎng)點電壓穩(wěn)定問題日益嚴重。目前對并網(wǎng)所引起的電壓穩(wěn)定問題，通常采用在逆變 母線上安裝電容器組以補償風(fēng)無功需求的方法。但當?shù)孛娼邮展β首兓蛳到y(tǒng)運行方式變 化時，逆變母線電壓會出現(xiàn)較大的波動，簡單地對固定電容器組的投切不能使電壓維持在 允許范圍之內(nèi)。采用快速投切電容器組則可較好地解決這個問題，但此時需要確定電容器 組的總?cè)萘?、分組容量以及投切規(guī)則。目前，對此問題的研究尚停留在逆變母線并網(wǎng)點處加 裝電容器組的階段，并未給出具體的補償容量計算方法和投切控制方案。
[0004] 因此需要一種基于遺傳算法的太空發(fā)電接收站無功補償控制方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于遺傳算法的太空發(fā)電接收 站無功補償控制方法。
[0006] 本發(fā)明的目的之一是提出一種基于遺傳算法的太空發(fā)電接收站無功補償控制方 法；本發(fā)明的目的之二是提出一種基于遺傳算法的太空發(fā)電接收站無功補償控制系統(tǒng)。
[0007] 本發(fā)明的目的之一是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：
[0008] 本發(fā)明提供的基于遺傳算法的太空發(fā)電地面接收站無功補償控制方法，包括以下 步驟：
[0009] 步驟一，根據(jù)太空發(fā)電站到地面接收站間的傳輸路徑及地面接收站到用戶之間的 逆變關(guān)系，建立以網(wǎng)損最小為目標的無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型；
[0010] 步驟二，對太空發(fā)電地面接收站模型中的補償電容、地面接收站接收功率P、節(jié)點 負荷功率及節(jié)點電壓進行染色體編碼，形成初始種群；
[0011] 步驟三，計算初始種群中滿足約束檢驗的個體的適應(yīng)度值；根據(jù)初始種群中的各 個體適應(yīng)度值進行選擇、自適應(yīng)地交叉和變異，產(chǎn)生新一代種群；
[0012] 步驟四，若新一代種群個體的最大適應(yīng)度值與上代種群中個體的最大適應(yīng)度值滿 足關(guān)系式之差的絕對值小于設(shè)定值e，則對新一代種群中適應(yīng)度值最大的個體進行染色體 解碼，得到接收站模型的無功優(yōu)化結(jié)果并輸出；
[0013] 步驟五，否則返回執(zhí)行步驟三。
[0014] 進一步，第一步驟中建立無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型時，根據(jù)太空發(fā)電站到地面之間的磁 層、電離層、大氣層不同介質(zhì)對太空發(fā)電無線傳輸效率的影響，按以下公式來計算逆變時消 耗的無功功率：

【權(quán)利要求】
1. 基于遺傳算法的太空發(fā)電接收站無功補償控制，其特征在于：包括以下步驟： 步驟一，根據(jù)太空發(fā)電站到地面接收站間的傳輸路徑及地面接收站到用戶之間的逆變 關(guān)系，建立以網(wǎng)損最小為目標的無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型； 步驟二，對太空發(fā)電地面接收站模型中的補償電容、地面接收站接收功率P、節(jié)點負荷 功率及節(jié)點電壓進行染色體編碼，形成初始種群； 步驟三，計算初始種群中滿足約束檢驗的個體的適應(yīng)度值；設(shè)置種群個體的交換概率 Pc和變異概率Pm,結(jié)合初始種群中的各個體適應(yīng)度值進行選擇、自適應(yīng)地交叉和變異，產(chǎn) 生新一代種群； 步驟四，若新一代種群個體的最大適應(yīng)度值與上代種群中個體的最大適應(yīng)度值滿足關(guān) 系式之差的絕對值小于設(shè)定值e，則對新一代種群中適應(yīng)度值最大的個體進行染色體解 碼，得到接收站模型的無功優(yōu)化結(jié)果并輸出； 步驟五，否則返回執(zhí)行步驟三。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遺傳算法的太空發(fā)電接收站無功補償控制，其特征在 于：第一步驟中建立無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型時，根據(jù)太空發(fā)電站到地面之間的磁層、電離層、大 氣層不同介質(zhì)對太空發(fā)電無線傳輸效率的影響，按以下公式來計算逆變時消耗的無功功 率：
式中，Qd。為換流器無功消耗，Mvar ;Udi。為換流器理想空載直流電壓，kV ;P為地面接收 器側(cè)直流功率，MW ; U為換相角；Y逆變熄弧角；dx為相對感性壓降；Id、Itffl分別為直流運 行電流和額定直流電流，kA W1為換流變壓器閥側(cè)繞組線電壓有效值，kV ;Udi()N表示換流器 理想空載額定直流電壓； 按照以下公式建立以網(wǎng)損最低的數(shù)學(xué)模型： (1)目標函數(shù)
上面兩式中；Ui、％為節(jié)點的電壓幅值；M表示是與所有與節(jié)點i直接相連的節(jié)點集合； P、Q分別為地面接收站接收的有功功率和逆變吸收的無功功率；Pu、Qu分別為負荷節(jié)點i 的有功負荷功率和無功負荷功率；Q。為并網(wǎng)點的無功補償容量；Gpu分別為節(jié)點i、 j之間的電導(dǎo)、電納和電壓相角差；N為節(jié)點總數(shù)； (3)變量約束 控制變量約束Qaiin彡Q。彡Qqmx ; 狀態(tài)變量約束Vimin < K Vimax。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遺傳算法的太空發(fā)電接收站無功補償控制方法，其特征 在于：步驟二中編碼時根據(jù)磁暴自然因素對接收站接收功率P的擾動、節(jié)點負荷功率的變 化及節(jié)點電壓波動因素；按以下方式進行編碼： (1) 以編碼串方式存放無功功率的數(shù)值信息，表示為Q= [Q1，Q2，Q3.; (2) 假定[Umin，Umax]是某一個變量Qn的取值范圍，其中用L來表示1或O的二進制編 碼串的長度，則二進制編碼的編碼精度為：
式中，Umax表示變量Qn的最大取值；U min表示變量Qn的最小取值； ⑶種群數(shù)目N :種群數(shù)目N在20到60之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遺傳算法的太空發(fā)電接收站無功補償控制方法，其特征 在于：步驟三中交換概率Pc取0. 25到0. 75 ;變異概率Pm取0. 01到0. 2。
5. 基于遺傳算法的太空發(fā)電接收站無功補償控制系統(tǒng)，其特征在于：包括太空光伏陣 列、微波功率變換裝置、太空發(fā)送天線、地面接收天線、地面接收站、通信系統(tǒng)、DC-AC變換接 口和控制系統(tǒng)； 所述太空光伏陣列用于接收太陽光和熱并轉(zhuǎn)化為電能，再經(jīng)過微波功率變換裝置將電 能轉(zhuǎn)換為微波或激光，通過太空發(fā)送天線傳回地球； 所述地面接收站通過地面接收天線接收微波或激光并在控制系統(tǒng)的控制作用下轉(zhuǎn)換 為電能； 所述DC-AC變換接口與地面接收天線連接并將電能轉(zhuǎn)化為交流電。 所述通信系統(tǒng)一端與微波功率變換裝置連接，另一端與控制系統(tǒng)連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于遺傳算法的太空發(fā)電接收站無功補償控制系統(tǒng)，其特征 在于：所述控制系統(tǒng)包括無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型生成模塊、初始種群生成模塊、新一代種群生成 模塊和無功優(yōu)化判斷模塊； 所述無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型生成模塊，用于根據(jù)太空發(fā)電站到地面接收站間的傳輸路徑及 地面接收站到用戶之間的逆變關(guān)系，建立以網(wǎng)損最小為目標的無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型； 所述初始種群生成模塊，用于對太空發(fā)電地面接收站模型中的補償電容、地面接收站 接收功率P、節(jié)點負荷功率及節(jié)點電壓進行染色體編碼，形成初始種群； 所述新一代種群生成模塊，用于計算初始種群中滿足約束檢驗的個體的適應(yīng)度值；設(shè) 置種群個體的交換概率Pc和變異概率Pm,根據(jù)初始種群中的各個體適應(yīng)度值進行選擇、自 適應(yīng)地交叉和變異，產(chǎn)生新一代種群； 所述無功優(yōu)化判斷模塊，若新一代種群個體的最大適應(yīng)度值與上代種群中個體的最大 適應(yīng)度值滿足關(guān)系式之差的絕對值小于設(shè)定值e，則對新一代種群中適應(yīng)度值最大的個體 進行染色體解碼，得到接收站模型的無功優(yōu)化結(jié)果并輸出。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于遺傳算法的太空發(fā)電接收站無功補償控制系統(tǒng)，其特征 在于：所述無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型生成模塊中建立無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型時，根據(jù)太空發(fā)電站到地 面之間的磁層、電離層、大氣層不同介質(zhì)對太空發(fā)電無線傳輸效率的影響，按以下公式來計 算逆變時消耗的無功功率：
式中，Qd。為換流器無功消耗，Mvar ;Udi。為換流器理想空載直流電壓，kV ;P為地面接收 器側(cè)直流功率，MW ; U為換相角；Y逆變熄弧角；dx為相對感性壓降；Id、Itffl分別為直流運 行電流和額定直流電流，kA W1為換流變壓器閥側(cè)繞組線電壓有效值，kV ;Udi()N表示換流器 理想空載額定直流電壓； 按照以下公式建立以網(wǎng)損最低的數(shù)學(xué)模型： (1)目標函數(shù)
其中，i G [1，N]; 上面兩式中；A、％為節(jié)點的電壓幅值；M表示是與所有與節(jié)點i直接相連的節(jié)點集合； P、Q分別為地面接收站接收的有功功率和逆變吸收的無功功率；Pu、Qu分別為負荷節(jié)點i 的有功負荷功率和無功負荷功率；Q。為并網(wǎng)點的無功補償容量；Gpu分別為節(jié)點i、 j之間的電導(dǎo)、電納和電壓相角差；N為節(jié)點總數(shù)； (3)變量約束 控制變量約束Qaiin彡Q。彡Qqmx ; 狀態(tài)變量約束Vimin < K Vimax。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于遺傳算法的太空發(fā)電接收站無功補償控制系統(tǒng)，其特征 在于：所述初始種群生成模塊中編碼時根據(jù)磁暴自然因素對接收站接收功率P的擾動、節(jié) 點負荷功率的變化及節(jié)點電壓波動因素；按以下方式進行編碼： (1)以編碼串方式存放無功功率的數(shù)值信息，表示為Q= [Q1，Q2，Q3.; ⑵假定[Umin，Umax]是某一個變量Qn的取值范圍，其中用L來表示1或O的二進制 編碼串的長度，則二進制編碼的編碼精度為：
⑶種群數(shù)目N :種群數(shù)目N在20到60之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于遺傳算法的太空發(fā)電接收站無功補償控制系統(tǒng)，其特征 在于：所述交換概率Pc取0. 25到0. 75 ;變異概率Pm取0. 01到0. 2。
【文檔編號】G06N3/12GK104331739SQ201410614053
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】黃淼, 甘仁民, 劉國平, 楊帆, 陳濤, 徐瑞林 申請人:國網(wǎng)重慶市電力公司電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司