【正文】 ............. 10 有載調(diào)壓變壓器 ............................................................................................ 10 3 基于改進(jìn)遺傳算法的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化 .......................................................................... 11 遺傳算法簡介 ........................................................................................................... 11 遺傳算法的原理 ............................................................................................ 11 遺傳算法的特點(diǎn) ............................................................................................ 11 簡單遺傳算法的數(shù)學(xué)模型和流程圖 ............................................................ 12 改進(jìn) 遺傳算法 ........................................................................................................... 12 遺傳編碼的改進(jìn) ............................................................................................ 12 保優(yōu)算子 ........................................................................................................ 14 自適應(yīng)交叉率和變異率 ................................................................................ 14 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） IV 初始種群的生成 ............................................................................................ 15 適應(yīng)度函數(shù)的改進(jìn) ........................................................................................ 15 基于改進(jìn)遺傳算法的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化的步驟 ................................................... 16 基于改進(jìn)遺傳算法的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化的程序流程圖 ....................................... 17 4 算例與結(jié)果分析 .................................................................................................................. 18 IEEE14 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)仿真結(jié)果分析 ............................................................................. 18 IEEE14 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù) .................................................................................. 18 計(jì)算參數(shù) ........................................................................................................ 20 結(jié)果分析 ........................................................................................................ 21 改進(jìn)遺傳算法優(yōu)越性分析 ....................................................................................... 22 結(jié) 論 .................................................................................................................................. 25 致 謝 .................................................................................................................................. 26 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 27 附錄 MATLAB 程序 .............................................................................................................. 28 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 緒論 課題研究目的和意義 所謂無功優(yōu)化，就是當(dāng)電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及負(fù)荷情況給定時，通過對某些控制變量的優(yōu)化，尋找在滿足所有約束條件的前提下，使系統(tǒng)的某一個或多個性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)時的無功調(diào)節(jié)手段。 無功功率對 電力系統(tǒng)的影響 無功功率對電力系統(tǒng)的影響主要可以從電壓損耗和有功損耗兩方面來考慮。 (1) 無功功率與電壓的關(guān)系 電力系統(tǒng)中的電壓水平與無功功率密切相關(guān)。系統(tǒng)中各種無功電源的無功功率輸出應(yīng)能滿足系統(tǒng)負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)損耗在額定電壓下對無功功率的需求，否則電壓就會偏離額定值。在高壓電力系統(tǒng)中，正常運(yùn)行時輸電線路兩端的電壓相位角差 ? 比較小，可以認(rèn)為1cos ?θ ，由 XVVVQ jij /)cos( ?? ? 可知線路中傳輸?shù)臒o功功率大小與線路 兩端電壓幅值之差成正比，無功功率將從節(jié)點(diǎn)電壓高的一端流向節(jié)點(diǎn)電壓低的一端。節(jié)點(diǎn)電壓有效值的變化，將使流經(jīng)線路的無功功率隨之發(fā)生變化，因此電力網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)電壓的變化會引起無功功率潮流的變化。 無功功率對系統(tǒng)電壓水平起決定性影響 。 由電壓損耗算式 jj VQXV?? 可見，在電網(wǎng)結(jié)構(gòu) )j( XR? 和電壓 V 確定的情況下，電壓損耗 V? 主要與輸送的無功功率 Q 成正比關(guān)系。根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷的無功功率 電壓特性，無功功率隨電壓上升而增加，隨電壓下降而減小，當(dāng)系統(tǒng)無功功率不足時各節(jié)點(diǎn)電壓下降，負(fù)荷從系統(tǒng)吸取的無功功率減小 ； 如果系統(tǒng)內(nèi)有大量無功功率流動，還會造成途經(jīng)的各個節(jié)點(diǎn)電壓下降。當(dāng)電力系統(tǒng)有能力向負(fù)荷供給足夠的無功功率時，負(fù)荷的端電壓就能夠保持在正常的電壓水平。如果系統(tǒng)無功電源容量不足，負(fù)荷的端電壓就會降低。為此，要求電力系統(tǒng)必須有足夠的無功電源容量 （ 包括應(yīng)有的無功電源備用容量 ） ，否則應(yīng)增加必要的無功補(bǔ)償設(shè)備，以保證電力系統(tǒng)的無功功率平衡 。 (2) 無功功率與有功網(wǎng)損的關(guān)系 有功網(wǎng)損是衡量電網(wǎng)建設(shè)完善化和管理水平高低的一項(xiàng)綜合性經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，它包括線路有功損耗和變壓器有功損耗兩部分。 線路有功損耗計(jì)算公式為： RV QPP j 2 22L )( ??? () 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 變壓器有功損耗計(jì)算公式為： 2N22k0T S QPPPP ???? () 其 中 ， TP? 表示變壓器的有功網(wǎng)損； P 表示變壓器傳輸?shù)挠泄β剩?Q 表示變壓傳輸?shù)臒o功功率； NS 表示變壓器的額定容量； 0P 表示變壓器的鐵耗； kP 表示變壓器的銅損。 由式 和式 可以看出， 當(dāng)有功功率和無功功率通過網(wǎng)絡(luò)元件時，會造成有功功率損耗。當(dāng)輸送的有功功率一定時，輸送的無功功率越大，總的有功損耗就越大，反之輸送的無功功率越少時，總的有功損耗就越小 。無功功率的流動是造成有功損耗增大的直接原因。因此，為了降低電網(wǎng)中的有功損耗，必須盡量 減 少無功功率在電網(wǎng)中的流動。 無功優(yōu)化的目的和意義 電力系統(tǒng)無功優(yōu)化是保證系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一種有效手段，是提高電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量的重要措施之一。實(shí)現(xiàn)無功功率的優(yōu)化可以改善電壓的分布、提高用戶端的電壓質(zhì)量、減少電力傳輸 （ 主要是線路和變壓器 ） 的電能損耗，從而降低電力成本，同時也能提高 電力傳輸能力和穩(wěn)定運(yùn)行水平。 無功功率本身雖然不消耗能量，但是無功功率在系統(tǒng)中的傳輸卻會造成電壓波動，引起有功功率損耗，當(dāng)系統(tǒng)無功功 率不足時將引起電壓水平下降，有功功率損耗增加，并可能危及系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，因此電力系統(tǒng)無功優(yōu)化和無功補(bǔ)償是電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行研究的一個重要組成部分，通過對電力系統(tǒng)無功電源的合理配置和對無功負(fù)荷的最佳補(bǔ)償，不僅可以維持電壓水平和提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，而且可以降低有功網(wǎng)絡(luò)損耗和無功網(wǎng)絡(luò)損耗，使電力系統(tǒng)能夠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 [12]。 電力系統(tǒng)無功優(yōu)化的研究現(xiàn)狀 電力系統(tǒng)無功優(yōu)化的研究是一個歷史悠久的課題，自電力系統(tǒng)投入運(yùn)營以來，無功優(yōu)化建模和求解一直是電力行業(yè)專家學(xué)者們努力探索的一個方向。電力系統(tǒng)的無 功優(yōu)化問題是一個多變量、多約束的混合非線性規(guī)劃問題，其具有以下特點(diǎn) 。 (1) 離散性 ： 在無功優(yōu)化中通常使用離散變量來表示在何處裝設(shè)無功補(bǔ)償設(shè)備，表示變壓器分接頭的位置、電容器組和電抗器組的數(shù)量等。 (2) 非線性 ： 在數(shù)學(xué)模型中為了滿足功率平衡，約束條件中包含有功、無功潮流計(jì)算方程，潮流方程就是典型的非線性方程。 (3) 大規(guī)模 ： 現(xiàn)代電力系統(tǒng)包含眾多的節(jié)點(diǎn)、出線、變壓器和發(fā)電機(jī)、電容器、電抗器，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 (4) 收斂性依賴于初值 ： 無功優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型中要考慮潮流方程作為等式約束，而潮流方程是超越方 程，因此無功電壓優(yōu)化問題是非凸的，即可能存在多解的情況。無功優(yōu)化問題的約束大部分是非線性的，引入離散變量后，難以保證其連續(xù)可微的要求，因此其收斂性更依賴于初值的選擇。 人工智能算法是一種以一定的直觀基礎(chǔ)而構(gòu)造的算法。近年來，基于對自然界和人類本身的有效類比而獲得啟示的智能算法在電力系統(tǒng)無功優(yōu)化中的應(yīng)用受到了人們的關(guān)注，具有代表性的有粒子群算法、模擬退火法、遺傳算法等。智能方法是無須解析表達(dá)就能進(jìn)行優(yōu)化的方 法，包括具有不同智能程度的一系列搜索優(yōu)化算法。它們以一個初始解 開始，按照概率轉(zhuǎn)移原則，采用某種方式搜索最 優(yōu)解。以遺傳算法、模擬退火法等為代表的智能搜索算法，對于搜索空間基本上不需要什么限制性假設(shè)，因而具有全局尋優(yōu)能力，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)數(shù)學(xué)規(guī)劃方法的不足，在電力系統(tǒng)無功優(yōu)化中得到了成功的應(yīng)用 [3]。 本文研究的主要內(nèi)容 本文對電力系統(tǒng)無功優(yōu)化的模型和算法展開研究。主要工作如下 ： (1) 介紹了電力系統(tǒng)無功優(yōu)化問題研究的背景與意義，闡述了無功優(yōu)化問題的研究現(xiàn)狀，概述了遺傳算法在電力系統(tǒng)無功優(yōu)化中的應(yīng)用 。 (2) 根據(jù)電力系統(tǒng)無功優(yōu)化問題自身的特點(diǎn)，建立在各種約束條件得到滿足的前提下，以電力系統(tǒng)有功網(wǎng)損最小 作為優(yōu) 化的 目標(biāo) 函數(shù) ； 采用了改進(jìn)的 PQ 分解法，不僅提高了編程實(shí)現(xiàn)，也利于收斂速度 。 (3) 通過遺傳算法的基本原理、基本遺傳操作和高級遺傳技術(shù)，同時大量研讀國內(nèi)外有關(guān)遺傳算法及無功優(yōu)化問題文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，提出了一種改進(jìn)的遺傳算法，使其更適于無功優(yōu)化 ； 該算法根據(jù)遺傳進(jìn)化的特點(diǎn)，結(jié)合電力系統(tǒng)無功優(yōu)化問題的實(shí)際，針對遺傳算法的編碼方式、基本遺傳操作、交叉變異率等做了大量改進(jìn)，引入整數(shù)實(shí)數(shù)混合編碼的方式， 并借鑒模擬退火思想對適應(yīng)度函數(shù)進(jìn)行拉伸改進(jìn)， 結(jié)合了自適應(yīng)的交叉變異概率等措施，這些改進(jìn)措施的實(shí)現(xiàn)，提高了算法的穩(wěn)定性、收斂 速度、計(jì)算效率和全局尋優(yōu)能力 。 (4) 根據(jù)電力系統(tǒng)的實(shí)際情況，把本文的改進(jìn)方案用于電力系統(tǒng)無功優(yōu)化 ， 采用MATLAB 語言編制優(yōu)化程序，并對 IEEE14 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng) 進(jìn)行仿真研究，得出計(jì)算結(jié)果，驗(yàn)證所提出算法的可靠性和優(yōu)越性。蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 2 電力系統(tǒng)無功優(yōu)化 電力系統(tǒng)無功優(yōu)化，是指在給定的運(yùn)行條件下，將電源的有功出力固定，通過改變發(fā)電機(jī) /調(diào)相機(jī)的無功出力，調(diào)節(jié)有載變壓器分接頭檔位和無功補(bǔ)償設(shè)備投入容量，在滿足系統(tǒng)運(yùn)行的各種約束條件下，使得系統(tǒng)運(yùn)行的電壓質(zhì)量最高、