【正文】 個 ix 看作一個遺傳基因，它的所有可能取值稱為等位基因，這樣 ， X 就可看做是由 n 個遺傳基因所組成的一個染色體。 遺傳算法中，決策變量 X 組成了問題的解空間。 遺傳算法相關術語 (1) 種群：解空間的一組作為父代遺傳用的初始解。 (9) 變異 ： 就是根據(jù)變異概率將個體編碼中的每一位基因位進行 0， 1 翻轉，形成新個體的遺傳操作。 第四步 ： 確定解碼方法，即確定個體基因型到個體表現(xiàn)型的 對應關系或轉換方法。它很大程度上依賴于問題的性質，并將影響遺傳操作的設計。不同的選擇策略將導致不同的選擇壓力 (selection pressure，即最佳個體選中的概率與平均選中概率的比值 )，較大的選擇壓力使最優(yōu)個體具有較高的選中概率，從而使得算法收斂速度較快，但也容易出現(xiàn)過早收斂現(xiàn)象，較小 的選擇壓力能使種群保持足夠的多樣性，從而增大算法收斂到全局最優(yōu)的概率，但算法收斂速度一般較慢。這些參數(shù)對遺傳算法的運行性能影響較大 ，需認真選取。 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 18 頁 開 始讀 入 系 統(tǒng) 原 始 數(shù) 據(jù)初 始 潮 流 計 算染 色 體 編 碼 ， 隨 時 產 生 初 始 群 體對 每 個 個 體 進 行 潮 流 計 算計 算 個 體 的 適 應 度 函 數(shù) 值進 行 選 擇 ， 遺 傳 ， 變 異 遺 傳 操 作產 生 新 一 代 群 體輸 出 優(yōu) 化 結 果結 束滿 足 終 止 進 化 準 則 否 圖 基于遺傳算法的無功優(yōu)化求解流程圖 遺傳算法的幾個要素在無功優(yōu)化中具體 應用分別如下 ： (1)編碼 ： 遺傳算法中的每一個個體對應著解空間的一個解，個體中包含著各個控制變量的信息。在進行無功優(yōu)化的過程中需進行潮流計算，即對每個個體計算一次適應值就必須進行一次潮流計算。交叉操作運算是遺傳算 法的核心操作，是遺傳算法區(qū)別于其他進化算法的重要特 征。 (3)遺傳算子 遺傳算子構成了遺傳算法具備強大搜索能力的核心，是模擬自然選擇以及遺傳過程中發(fā)生的繁殖、交叉和突變現(xiàn)象的主要載體。 當然，隨著應用具體問題的不同，遺傳算法的實現(xiàn)也可能不完全包含上面的七個步驟，但在設計算法的過程中這些步驟是必須要考慮的。 遺傳算法的應用步驟 遺傳算法為求解復雜系統(tǒng)的優(yōu)化問題，提供了一種不依賴于問題領域專門知識的通用框架。 (5) 等位基因：就是兩個個體編碼中處于相同位置的基因。與生物一代一代的自然進化過程相類似，遺傳算法的運算過程也是一個反復迭代過程，第 k 代群體記做 P(k)，經過一代遺傳和進化后，得到第 k+1 代群體， 它們也是由多個個體組成的集合，記做 P(k+1)。這種編碼所形成的排列形式 X 是個體的基因型，與它對應的 X 值是個體的表現(xiàn)型。 遺傳算法 遺傳算法 (Geic Algorithm)是由美國 Michigan 大學 教授于20 世紀 70 年代提出的一種模擬自然界生物進化過程的全局優(yōu)化算法，該算法借鑒了生物進化優(yōu)勝劣汰、適者生存的自然選擇機理和生物界繁衍的遺傳機制，簡單通用、魯棒性強，應用范圍廣，是 21 世紀智能計算的重要技術之一。 一般選取發(fā)電機端電壓 GU ,無功補償容量 CQ ,可調變壓器分接頭位置 kT ,為控制變量，而發(fā)電機無功出力 GQ ,負荷節(jié)點電壓 DU 作為狀態(tài)變量。 (3)簡要分析 STATCOM 的工作原理， 建立了 STATCOM 的數(shù)學模型 ，為STATCOM 的控制及仿真奠定了基礎。此外，還有其它的研究單位正在從事 STATCOM的研究工作。華北電力大學曾研制出強迫換相的晶閘管元件無功發(fā)生器裝置。由于當時沒有可關斷器件如 GTO，因此采用一個輔助晶閘管實現(xiàn)其換流。 STATCOM 的應用大大提高了電力系統(tǒng)的可靠性、安全性和穩(wěn)定性，給使用者帶來巨大的經濟和社會效益。電容器分組的具體方法比較靈活，一般希望能組合產生的電容值級數(shù)越多越好，這樣可以盡可能的實現(xiàn)平滑調節(jié)，但是也應綜合考慮到系統(tǒng)復雜性以及經濟性的問題。 TCR 由兩個反并聯(lián)的晶閘管與一個電抗器相串聯(lián)，其工作原理就是通過控制晶閘管的觸發(fā)延遲角α，增大或減小補償 器的等效電抗，從而達到動態(tài)改變其吸收的基波電流和無功功率的大小。 S RCCLfSC CIUS R0ILIC ref CSR SC? a）等效電路圖 b) 伏安特性圖 圖 SR 型靜止無功補償器等效電路與伏安特性 SR 型靜止無功補償器與同步調相機相比，具有靜止型的優(yōu)點，響應速度快。此后，各國廠家紛紛推出各自的產品。而隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，對無功功率進行快速動態(tài)補償?shù)男枨笤絹碓酱?。對于無功優(yōu)化問題，遺傳算法雖然解決了傳統(tǒng)優(yōu)化方法難以解決的局部最優(yōu)和離散變量難于精確處理等方面的問題，但其也存在局部搜索能力差，尋優(yōu)速度慢，計算時間長等缺陷。 SA 算法模擬了金屬溶液冷卻或退火的過程，即退火過程中能量逐漸減小，而退火結束后，金屬的能量 達到最小。 上述的經典優(yōu)化方法雖然都己經成功應用于無功優(yōu)化問題中，但是由于它們都是單路徑尋優(yōu)模式，故存在可能無法找到全局最優(yōu)解的缺點，這是傳統(tǒng)經典優(yōu)化算法所無法克服的弊端，其次由于無功優(yōu)化問題中的控制變量 ， 如變壓器分接頭，可投無功補償容量等都是離散量，而傳統(tǒng)優(yōu)化方法一般要求可微或線性化，用于離散無功優(yōu)化問題就可能會有較大誤差。 (2)非線性規(guī)劃法 (NonLinear Programming:NLP) 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 3 頁 由于無功優(yōu)化問題本質上是非線性的，因此非線性規(guī)劃法是最直接的計算方法。 (3)在三相負載不平衡的場合，通過適當?shù)臒o功補償可以平衡三相的有功及無功負載。 配電網(wǎng)無功優(yōu)化補償，就是在保證配電網(wǎng)安全、可靠運行的前提下，通過計算無功 潮流，并應用各種數(shù)學優(yōu)化方法，確定配電網(wǎng)各點的最優(yōu)補償量、補償方式。因此，對電力部門來說，配電網(wǎng)的經濟運行和供電質量就顯得尤為重要了。控制策略方面，利用 直接電流控制技術 ， 即采用跟蹤型 PWM控制技術對電流進行直接控制。 編號： （ ）字 號 本科生畢業(yè)設計（論文） 題目： 姓名： 學號： 班級： 二〇〇九年六月 配電網(wǎng)無功優(yōu)化及 STATCOM 控制策略的研究 付琦 04051673 電氣工程及其自動化 0511 班 中 國 礦 業(yè) 大 學 本科生畢業(yè)設 計 姓 名： 付琦 學 號 ： 04051673 學 院： 信息與電氣工程學院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 題 目： 配電 網(wǎng)無功優(yōu)化及 STATCOM 控制策略研究 專 題： 指導教師： 王崇林 職 稱： 教授 2021 年 6 月 徐州 中國礦業(yè)大 學畢業(yè)設計任務書 學院 信電學院 專業(yè) 電氣工程及其自動化 0511 學生姓名 付琦 任 務 下 達 日 期 ： 2021 年 2 月 16日 畢業(yè)設計日期： 2021 年 2 月 16 日至 2021 年 6 月 20 日 畢業(yè)設計題目： 配電網(wǎng)無功優(yōu)化及 STATCOM 控制策略研究 畢業(yè)設計專題題目： 畢業(yè)設計主要內容和要求： 學習無功優(yōu)化方面的基礎知識； 學習 STATCOM 的基本 結構及其基本 原理 ； 完成 STATCOM 的數(shù)學建模 ； 設計一種 STATCOM 的控制策略，使其能夠實時，快速地進行無功補償； 利用 MATLAB 軟件進行建模仿真，驗證所設計控制策略的正確性。 在MATLAB/SIMULINK環(huán)境下完成了 STATCOM系統(tǒng)的仿真，結果 驗證了本論文所研究的控制方法的可行性以及 STATCOM在提高電能質量 中 所起到的作用。如何使在滿足負荷需求的基礎上，降低配電網(wǎng)網(wǎng)損，提高供電質量，使系統(tǒng)安全經濟地運行，己成為電力系統(tǒng)急需研究和解決的重要問題，而無功優(yōu)化補償則是解決這一問題的重要手段之一 。它是保證配電網(wǎng)安全、經濟運行的一種有效手段，是降低網(wǎng)損、提高電網(wǎng)運行水平的重要措施，也是指導調度運行人員安排運行方式和進行電網(wǎng)無功規(guī)劃不可缺少的有力工具。 配電網(wǎng)無功優(yōu)化的方法 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 ，其優(yōu)化過程十分復雜。其形式為設定一個目標函數(shù)，以節(jié)點功率平衡為等式約束條件，利用引入松弛變量的方法將不等式約束條 件轉換為等式約束條件，然后運用拉格朗日乘數(shù)法構造一個增廣的目標函數(shù)，根據(jù) KuthTucker 條件，將問題轉變?yōu)榍蠼庖唤M非線性代數(shù)方程組。針對這些問題，人們逐漸把人工智能方法運用于無功優(yōu)化這一領域。在模擬退火算法中，利用溫度這個重要的參數(shù)來控制整個求解過程，通常把優(yōu)化問題的目標函數(shù)看成是退火系統(tǒng)能量函數(shù)，以退火溫度為控制變量，其尋找基態(tài)的過程就是使目標函數(shù)極小化的過程。 主要無功補償裝置及其工作原理 并聯(lián)電容器 利用并聯(lián)電容器是補償無功功率的傳統(tǒng)方法之一。 同步調相機 (Synchronous CondenserSC) 傳統(tǒng)的無功功率動態(tài)補償裝置是同步調相機，它實際上是不帶機械負荷，空載運行的同步電動機。圖 a)是其等效電路圖，由 SR 和若干組不可控電容器組成。但是由于其鐵心需磁化到飽和狀態(tài)，因而損耗和噪聲都很大，而且存在非線性電路的一些特殊問題，又不能分相調節(jié)以補償負荷的不平衡，所以 未能占據(jù)靜止無 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 7 頁 功補償裝置的主流。 圖 b)為 TCR 型補償器的伏安特性圖，當 TCR 單獨作用時，補償 器的基波電流如圖中點劃線所示，其值取決于晶閘管的觸發(fā)角，而后者又取決于設定的控制規(guī)律和系統(tǒng)的運行狀況等。另外，電容器的投切時刻必須是電源電壓與電容器預先充電電壓相等的時刻，否則將會產生沖擊電流，很可能會破壞晶閘 管或給電源帶來高頻振蕩等不利影響。 STATCOM 和 SVC 相比有如下優(yōu)勢： （ 1） 理論上 STATCOM 不需儲能元件來達到與系統(tǒng)交換無功的目的，實際上STATCOM 使用直流電容來維持穩(wěn)定的直流電源電壓。此后由于 GTO、 IGBT 等全控型電力電子器件的相繼出現(xiàn)，對 STATCOM 的進一步研究起到了積極的推動作用。東北電力學院研制了 GTO 器件的 STATCOM 實驗裝置。 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 10 頁 與此同時，目前國內已經對 DSTATCOM 裝置應用于配電系統(tǒng)抑制電壓閃變、補償負荷不平衡等進行了廣泛深入的研究，正在推進 DSTATCOM 裝置在配電系統(tǒng)中的工業(yè)應用。 (4)介紹了無功電流的檢測方法，著重分析了 STATCOM 的控制策略，結合 dq矢量變換，實現(xiàn)了有功電流和無功電流的解耦控制，進而 實現(xiàn)了電流的直接控制 。 控制變量的不等式約束 ： m in m a xm in m a xm in m a xG i G i G i GC i C i C i Ck k k TU U U i NQ Q Q i NT T T i N? ? ???? ? ???? ? ?? () 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 第 12 頁 式中， GiU ， minGiU ， maxGiU 分別為發(fā)電機節(jié)點 i 的端電壓及其下限值和上限值； CiQ ， minCiQ ， maxCiQ 分別為節(jié)點 i 無功補償容量及其下限值和上限值； kT ， minkT ， maxkT 分別為可調變壓器分接頭位置及其下限值和上限值； GN ， CN ， TN 分別為電網(wǎng)中發(fā)電機節(jié)點數(shù)，無功補償 節(jié)點數(shù)，可調分接頭變壓器臺數(shù)的集合； 狀態(tài)變量的不等式約束： m in m a xm in m a xG i G i G i GD i D i D