專利名稱：一種基于遺傳算法的企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于遺傳算法的企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化方法，屬于電力信息技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)涉及到發(fā)電、輸電、變電、配電與用電五個(gè)環(huán)節(jié)。長期以來，重發(fā)輕輸不管 用，盡管發(fā)電、輸電、變電與配電已經(jīng)形成完善和成熟的監(jiān)控管理系統(tǒng)，但是用電環(huán)節(jié)重視 不足。作為我國能源消耗大戶的工業(yè)企業(yè)在用電安全、用電質(zhì)量和用電效率三方面存在許 多問題。在加強(qiáng)節(jié)能減排工作的背景下，企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化不僅能夠提高企業(yè)用電安 全、用電質(zhì)量和用電效率，還能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排，帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。近年來，盡管輸電網(wǎng) 無功優(yōu)化研究成果很多，人們對于企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化的研究還不夠，而且目前輸電網(wǎng) 無功優(yōu)化的研究方法也存在一定不足。以研究應(yīng)用較為廣泛的基于遺傳算法的無功優(yōu)化為 例，以靈敏度方法確定無功優(yōu)化待補(bǔ)償點(diǎn)存在補(bǔ)償點(diǎn)過于集中、補(bǔ)償范圍重復(fù)等不足。確定 無功優(yōu)化待補(bǔ)償點(diǎn)以后，進(jìn)行基于遺傳算法的無功優(yōu)化的步驟包括染色體編碼，形成初始 種群；計(jì)算種群中滿足約束檢驗(yàn)的各個(gè)體的適應(yīng)度值；選擇、交叉、變異，形成新一代種群； 判斷是否滿足進(jìn)化終止條件，如果滿足則輸出無功優(yōu)化結(jié)果 ，否則計(jì)算新一代種群中各個(gè) 體適應(yīng)度值，開始新一輪的進(jìn)化。簡單遺傳算法的交叉率、變異率均為常數(shù)，不能有效反映 種群進(jìn)化狀況，存在漏選最優(yōu)個(gè)體，計(jì)算速度慢等不足。
發(fā)明內(nèi)容
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企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化方法。本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思是近年來，人們對企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化的研究應(yīng)用還不夠。 本發(fā)明建立企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化模型，利用靈敏度方法和負(fù)荷功率矩陣阻抗法確定企業(yè) 配電網(wǎng)的無功優(yōu)化待補(bǔ)償點(diǎn)，采用基于改進(jìn)的遺傳算法進(jìn)行企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化，解決 傳統(tǒng)的配電網(wǎng)無功優(yōu)化問題中補(bǔ)償點(diǎn)過于集中、多目標(biāo)優(yōu)化等問題，使研究成果應(yīng)用價(jià)值更高。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是該基于遺傳算法的企業(yè)配電網(wǎng)的無 功優(yōu)化方法包括以下步驟(1)建立企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化模型；(2)根據(jù)所述企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化模型，利用靈敏度方法初步確定所述企業(yè)配 電網(wǎng)的無功優(yōu)化待補(bǔ)償點(diǎn)的分布范圍，利用負(fù)荷功率矩陣阻抗法比較初步確定的所述無功 優(yōu)化待補(bǔ)償點(diǎn)的分布范圍內(nèi)的各無功優(yōu)化待補(bǔ)償點(diǎn)與企業(yè)配電網(wǎng)饋線相應(yīng)分支的末端待 補(bǔ)償點(diǎn)的負(fù)荷功率阻抗矩的差值，進(jìn)一步選取所述負(fù)荷功率阻抗矩的差值近似為所述企業(yè) 配電網(wǎng)模型的平均負(fù)荷功率阻抗矩的整數(shù)倍的無功優(yōu)化待補(bǔ)償點(diǎn)作為所述企業(yè)配電網(wǎng)的 最終無功優(yōu)化待補(bǔ)償點(diǎn)；
(3)對所述企業(yè)配電網(wǎng)模型中的補(bǔ)償電容器的補(bǔ)償電容、可調(diào)變壓器的變比、發(fā)電 機(jī)的機(jī)端電壓進(jìn)行染色體編碼，形成初始種群；(4)對所述初始種群中的各個(gè)體進(jìn)行約束檢驗(yàn)，根據(jù)所述企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化 模型的目標(biāo)函數(shù)計(jì)算滿足約束檢驗(yàn)的個(gè)體的適應(yīng)度值；(5)根據(jù)所述初始種群中各個(gè)體適應(yīng)度值進(jìn)行選擇、自適應(yīng)地交叉和變異，產(chǎn)生新 一代種群；(6)判斷所述新一代種群中個(gè)體的最大適應(yīng)度值與所述新一代種群的上代種群中 個(gè)體的最大適應(yīng)度值是否滿足以下關(guān)系式(1)IK:1)—⑴式(1)中，G=表示新一代種群中個(gè)體的最大適應(yīng)度值，Cfa^表示新一代種群 的上代種群中個(gè)體的最大適應(yīng)度值，k為種群的當(dāng)前進(jìn)化代數(shù)，1 ^k^ 100，ε為常數(shù)，
IO-5 彡 ε 彡 10_4。如果滿足，則對所述新一代種群中適應(yīng)度值最大的個(gè)體進(jìn)行染色體解碼，得到所 述企業(yè)配電網(wǎng)模型的無功優(yōu)化結(jié)果并將該結(jié)果輸出；如果不滿足，則返回執(zhí)行步驟(4)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提出了一種基于遺傳算法的企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化方法和處理流程，建立 企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化模型，利用靈敏度方法初步確定所述企業(yè)配電網(wǎng)模型的無功優(yōu)化待 補(bǔ)償點(diǎn)的分布范圍，利用負(fù)荷功率矩陣阻抗法進(jìn)一步選取所述企業(yè)配電網(wǎng)模型的最終無功 優(yōu)化待補(bǔ)償點(diǎn)，對所述企業(yè)配電網(wǎng)模型中的補(bǔ)償電容器的補(bǔ)償電容、可調(diào)變壓器的變比、發(fā) 電機(jī)的機(jī)端電壓進(jìn)行染色體編碼，進(jìn)行選擇、自適應(yīng)地交叉、變異，從而得到所述企業(yè)配電 網(wǎng)模型的無功優(yōu)化結(jié)果。本發(fā)明提出的基于遺傳算法的企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化方法能夠很 好地解決目前企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化的難題，具有以下優(yōu)點(diǎn)建立企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化 模型，利用靈敏度方法初步確定所述企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化待補(bǔ)償點(diǎn)的分布范圍，與傳統(tǒng) 的利用靈敏度方法確定配電網(wǎng)的無功優(yōu)化待補(bǔ)償點(diǎn)相比，擴(kuò)大了無功優(yōu)化待補(bǔ)償點(diǎn)的選取 范圍，避免漏選距離企業(yè)配電網(wǎng)饋線各分支末端較遠(yuǎn)的無功優(yōu)化待補(bǔ)償點(diǎn)；利用負(fù)荷功率 矩陣阻抗法進(jìn)一步確定最終的無功優(yōu)化待補(bǔ)償點(diǎn)，較好地解決了補(bǔ)償點(diǎn)過于集中、補(bǔ)償范 圍重復(fù)的問題。確定所述企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化待補(bǔ)償點(diǎn)后，采用遺傳算法進(jìn)行企業(yè)配電 網(wǎng)的無功優(yōu)化。本發(fā)明方法計(jì)算速度較快，通用性強(qiáng)，對于企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化有較高的 理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
圖1是本發(fā)明基于遺傳算法的企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化的流程圖。
具體實(shí)施例方式參看圖1，本發(fā)明基于遺傳算法的企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化按以下步驟進(jìn)行步驟(1)建立企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化模型。在企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化模型中，無功優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)如式(2)所示，約束條件 如式(3)至式(7)所示
Mc
min F = Ke^Pu + KmMc + Kc^Qa + Kv(AUi)2
/=1
/=1
“· Pa -Pdi-UiYjUjiGlj cos + Blj Sin^) = 0
M
Qa-Qd-U^jU^Gij sin^ +Bij CosGij) = 0 >=1
⑵
⑶
⑷(i = 1,2,3,…，η ；ie PQ)
Uimin Ui ^ Uimax (i =1 j 2 j · ·, ，η)(5)
Timin ^^ ^^ ^imax (土1 j 2 j · ·, , nt)(6)
Qcimin ^ Qci ^ Qcimax(i=1,2,· ·，nc)(7)
式⑵中，
AU:=
Ui-Uimax^i > U11
o,uimin<ut<uim3
8
Uimin -UiJJi <u
/min以上各式中，Ke為系統(tǒng)電價(jià)，K。為單位電容器的年運(yùn)行費(fèi)用，Kv為電壓越界罰系 數(shù)，Km為每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電容器固定安裝費(fèi)用；PU為各支路的有功網(wǎng)損；M。為無功補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)數(shù)； AUi為節(jié)點(diǎn)i的電壓越限值；Qra為節(jié)點(diǎn)i的補(bǔ)償容量；Pei和Qei為節(jié)點(diǎn)i的注入有功功率 和注入無功功率；Pdi和Qdi為節(jié)點(diǎn)i的負(fù)荷有功功率和無功功率洱為節(jié)點(diǎn)i的電壓，Uimax 和Uimin為節(jié)點(diǎn)i電壓的上下限，i e PQ表示節(jié)點(diǎn)i為PQ節(jié)點(diǎn)，η為企業(yè)配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)總數(shù)； Ti為可調(diào)變壓器i的變比，Tifflax和Timin為可調(diào)變壓器i的變比上下限，nt為企業(yè)配電網(wǎng)的 可調(diào)變壓器總數(shù)；Qra為補(bǔ)償電容器i的補(bǔ)償電容，Qcifflax和Qeimax為補(bǔ)償電容器i的補(bǔ)償電 容上下限，&為企業(yè)配電網(wǎng)的補(bǔ)償電容器總數(shù)；θ u為節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j的電壓相角差，Gij和 Bij為節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j的之間的支路的電導(dǎo)和電納。步驟(2)根據(jù)所述企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化模型，利用靈敏度方法和負(fù)荷功率矩 陣阻抗法確定所述企業(yè)配電網(wǎng)的最終無功優(yōu)化待補(bǔ)償點(diǎn)。首先，利用靈敏度方法初步確定所述企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化待補(bǔ)償點(diǎn)的分布范圍 如下企業(yè)配電網(wǎng)模型的有功網(wǎng)損如式(9)所示
P = YJU1YJUJ(GIJ cosOij +BljSmeij)(9)
/=1 J=X節(jié)點(diǎn)無功變化對系統(tǒng)網(wǎng)損的靈敏度如式(10)所示
dP/dQ = (ΘΡ / dU)(dU / QQ1 )(dP lde){dOldQt)(10)式(10)中，Q1, U和θ分別為企業(yè)配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)注入無功，節(jié)點(diǎn)電壓幅值與相角。
5為得到式(10)，進(jìn)行變換
權(quán)利要求
一種基于遺傳算法的企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化方法，其特征包括以下步驟(1)建立企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化模型；(2)根據(jù)所述企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化模型，利用靈敏度方法初步確定所述企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化待補(bǔ)償點(diǎn)的分布范圍，利用負(fù)荷功率矩陣阻抗法比較初步確定的所述無功優(yōu)化待補(bǔ)償點(diǎn)的分布范圍內(nèi)的各無功優(yōu)化待補(bǔ)償點(diǎn)與企業(yè)配電網(wǎng)饋線相應(yīng)分支的末端待補(bǔ)償點(diǎn)的負(fù)荷功率阻抗矩的差值，進(jìn)一步選取所述負(fù)荷功率阻抗矩的差值近似為所述企業(yè)配電網(wǎng)模型的平均負(fù)荷功率阻抗矩的整數(shù)倍的無功優(yōu)化待補(bǔ)償點(diǎn)作為所述企業(yè)配電網(wǎng)的最終無功優(yōu)化待補(bǔ)償點(diǎn)；(3)對所述企業(yè)配電網(wǎng)模型中的補(bǔ)償電容器的補(bǔ)償電容、可調(diào)變壓器的變比、發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓進(jìn)行染色體編碼，形成初始種群；(4)對所述初始種群中的各個(gè)體進(jìn)行約束檢驗(yàn)，根據(jù)所述企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)計(jì)算滿足約束檢驗(yàn)的個(gè)體的適應(yīng)度值；(5)根據(jù)所述初始種群中各個(gè)體適應(yīng)度值進(jìn)行選擇、自適應(yīng)地交叉和變異，產(chǎn)生新一代種群；(6)判斷所述新一代種群中個(gè)體的最大適應(yīng)度值與所述新一代種群的上代種群中個(gè)體的最大適應(yīng)度值是否滿足以下關(guān)系式(1) <mrow><mo>|</mo><msubsup> <mi>G</mi> <mi>max</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>-</mo><msubsup> <mi>G</mi> <mi>max</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>|</mo><mo>≤</mo><mi>ϵ</mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>式(1)中，表示新一代種群中個(gè)體的最大適應(yīng)度值，表示新一代種群的上代種群中個(gè)體的最大適應(yīng)度值，k為種群的當(dāng)前進(jìn)化代數(shù)，1≤k≤100，ε為常數(shù)，10 5≤ε≤10 4。如果滿足，則對所述新一代種群中適應(yīng)度值最大的個(gè)體進(jìn)行染色體解碼，得到所述企業(yè)配電網(wǎng)模型的無功優(yōu)化結(jié)果并將該結(jié)果輸出；如果不滿足，則返回執(zhí)行步驟(4)。FSA00000269419400012.tif,FSA00000269419400013.tif
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于遺傳算法的企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化方法，包括以下步驟(1)建立企業(yè)配電網(wǎng)的無功優(yōu)化模型；(2)確定企業(yè)配電網(wǎng)的最終無功優(yōu)化待補(bǔ)償點(diǎn)；(3)對企業(yè)配電網(wǎng)模型中的補(bǔ)償電容器的補(bǔ)償電容、可調(diào)變壓器的變比、發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓進(jìn)行染色體編碼，形成初始種群；(4)計(jì)算初始種群中滿足約束檢驗(yàn)的個(gè)體的適應(yīng)度值；(5)根據(jù)初始種群中的各個(gè)體適應(yīng)度值進(jìn)行選擇、自適應(yīng)地交叉和變異，產(chǎn)生新一代種群；(6)若新一代種群個(gè)體的最大適應(yīng)度值與其上代種群中個(gè)體的最大適應(yīng)度值滿足關(guān)系式則對新一代種群中適應(yīng)度值最大的個(gè)體進(jìn)行染色體解碼，得到企業(yè)配電網(wǎng)模型的無功優(yōu)化結(jié)果并輸出；否則返回執(zhí)行步驟(4)。
文檔編號(hào)H02J3/18GK101950971SQ20101028158
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月14日
發(fā)明者周恒俊, 李彥柳, 鄧輝, 郭創(chuàng)新 申請人:浙江大學(xué)