基于粒子群優(yōu)化法的負(fù)荷模型參數(shù)辨識(shí)畢業(yè)論文-資料下載頁(yè)
2025-06-30 11:27本頁(yè)面
【導(dǎo)讀】Eberhart博士與Kennedy博士對(duì)于鳥(niǎo)類(lèi)捕食行為的模擬而發(fā)明的一種新的全局優(yōu)化算法。開(kāi)始出現(xiàn)，本次的課題即是關(guān)于粒子群優(yōu)化算法在負(fù)荷模型中的應(yīng)用。目前，電力負(fù)荷建模主要形成了三類(lèi)方法，即總體測(cè)辨法、統(tǒng)計(jì)綜合法和故障仿真法。點(diǎn)在于某些特定故障情況下可以重現(xiàn)，同時(shí)也正因?yàn)槿绱苏f(shuō)明其為一種試湊的方法。法來(lái)進(jìn)行新的負(fù)荷模型參數(shù)辨識(shí)，以擴(kuò)展更多的應(yīng)用空間。本文即從此入手，以達(dá)到將粒子。群優(yōu)化法施用的可能。隨時(shí)間變化的規(guī)律,稱(chēng)負(fù)荷的時(shí)間特性。變化過(guò)程中負(fù)荷功率與電壓（或頻率）的關(guān)系，稱(chēng)為負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性。負(fù)荷功率又分為有功功率和無(wú)功功率。在不同負(fù)荷點(diǎn)，這些用電設(shè)備所占的比重不同，用電情況也不同，
【正文】 電力系統(tǒng)負(fù)荷模型的參數(shù)辨識(shí) 電力系統(tǒng)負(fù)荷模型參數(shù)辨識(shí)的形成 電力系統(tǒng) 負(fù)荷模型的模型形式和結(jié)構(gòu)確定后參數(shù)辨識(shí)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易，本質(zhì)上是一個(gè)單純的數(shù)值優(yōu)化問(wèn)題。 對(duì)于靜態(tài)負(fù)荷模型，可采用求解非線性最小二乘問(wèn)題的牛頓法、阻尼最小二乘法 (Marquart 法 )，也可采用各種非線性優(yōu)化 方法，例如，最速下降法、共扼梯度法、變尺度法、直接法等。對(duì)于動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型，其參數(shù)辨識(shí)包括準(zhǔn)則和算法兩部分，常用的準(zhǔn)則有最小二乘、最大似然、最小方差等。有了準(zhǔn)則，參數(shù)辨識(shí)問(wèn)題就化為求某準(zhǔn)則函數(shù)達(dá)極值的優(yōu)化計(jì)算 問(wèn)題，可采用上述各種非線性優(yōu)化方法。 與靜態(tài)負(fù)荷模型參數(shù)辨識(shí)不同。 動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型參數(shù)辨識(shí)在參數(shù)尋優(yōu)過(guò)程中要考慮動(dòng)態(tài)約束，例如狀態(tài)方程、差分方程，即動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型參數(shù)辨識(shí)是一個(gè)具有動(dòng)態(tài)約束的非線性優(yōu)化問(wèn)題。從整體上說(shuō)，電力負(fù)荷辨識(shí)方法大體可以分為線性和非線性兩大類(lèi)。線性類(lèi)方法包括最 ,b乘估計(jì)、卡爾曼濾波等方法 ，對(duì)于參數(shù)線性模型通常是行之有效的。但對(duì)于參數(shù)非線性模型，容易產(chǎn)生不準(zhǔn)確及收斂性差等問(wèn)題。非線性模型的參數(shù)辨識(shí)方法目前大都以優(yōu)化為基礎(chǔ) pI。其主要過(guò)程是尋找一組最優(yōu)的參數(shù)向量 0，使得預(yù)定的誤差目標(biāo)函數(shù)值，達(dá)到最小，誤差目標(biāo)函數(shù) J 通常選取輸出誤差的一個(gè)非負(fù)單調(diào)遞增函數(shù)。為參數(shù) 0 的函數(shù)。但這一函數(shù)是不可能寫(xiě)出其解析十分有效。 優(yōu)化搜索方法從其原理上說(shuō)，有 3 種： 1)梯度類(lèi)方法。對(duì)于連續(xù)、光滑、單峰的優(yōu)化問(wèn)題，具有良好的性能，精確而快速。但存在如下困難：局部性；要求一階導(dǎo)數(shù)甚至二階導(dǎo)數(shù)存在：一般不適用于既包含離散變量，又包含連續(xù)變量的混合問(wèn)題；難以處理噪聲問(wèn)題或隨機(jī)干擾；魯棒性較差，即條件好時(shí)收斂性好，而當(dāng)條件復(fù)雜時(shí)收斂性差。 2)隨機(jī)類(lèi)搜索方法。它具有良好的收斂性、全局性和魯棒性，其最大的往往也是致命的缺陷是計(jì)算效率太低。 3)模擬進(jìn)化類(lèi)方法口。它具有以下特點(diǎn)：適用范圍較廣；找到全局最優(yōu)解或近乎全局最優(yōu)解的可能性大：屬于隨機(jī)性優(yōu)化方法，但計(jì)算效率比傳統(tǒng)的隨機(jī)類(lèi)搜索 方法要高得多。 同時(shí) 電力系統(tǒng)本質(zhì)上是非線性的高階復(fù)雜系統(tǒng) ，故 通常用降階的模型系統(tǒng)來(lái)動(dòng)態(tài)擬合原系統(tǒng) 。 非線性系統(tǒng)的參數(shù)辨識(shí)方法目前大多以優(yōu)化為基礎(chǔ)在負(fù)荷參數(shù)辨識(shí)中目標(biāo)函數(shù)不可能寫(xiě)出其解析關(guān)系 。 其解空間相當(dāng)復(fù)雜 ， 有多個(gè)極值點(diǎn) ， 且有些極值點(diǎn)之間差異細(xì)微 。 因此 ， 優(yōu)化搜索方法相當(dāng)重要 。 常用的優(yōu)化搜索方法有最小二乘法 , 卡爾曼濾波法 , 爬山類(lèi)方法 , 隨機(jī)類(lèi)方法等 。 前兩種方法適用于線性系統(tǒng) 。 若用于電力系統(tǒng)這類(lèi)高階非線性系統(tǒng) ， 較易出現(xiàn)不準(zhǔn)確和收斂問(wèn)題 。爬山類(lèi)方法基于梯度 ， 因而只能收斂到起始點(diǎn)附近的局部最優(yōu)點(diǎn)多峰問(wèn)題 ， 難以搜索 到全局最優(yōu)點(diǎn) ， 在峽谷則會(huì)出現(xiàn)振蕩 ， 且要求存在一階導(dǎo)數(shù)甚至二階導(dǎo)數(shù) 。 故很少用于電力系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí) 。 目前在負(fù)荷參數(shù)辨識(shí)中應(yīng)用得比較有效的是隨機(jī)類(lèi)方法中的模擬進(jìn)化方法 ， 包括基因算法 ,進(jìn)化策略法 ,模擬退火法等 。 只要求所求解的問(wèn)題可計(jì)算 ， 而無(wú)可微性 ,連續(xù)性等要求 。 電力系統(tǒng)負(fù)荷模型建立的主要方法 目前，電力負(fù)荷建模形成了 3 類(lèi)方法，即統(tǒng)計(jì)綜合法，總體測(cè)辨法和故障仿真法。 用統(tǒng)計(jì)綜合法得到的負(fù)荷模型具有物理概念清晰、易于被工程人員理解的優(yōu)點(diǎn)，但其核心是建立在“統(tǒng)計(jì)資料齊全，負(fù)荷特性精準(zhǔn)”的基礎(chǔ)之上的，這一點(diǎn)往往難以做到，而且不可能經(jīng)常進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從而無(wú)法考慮負(fù)荷隨時(shí)間變化的特性。 總體測(cè)辨法避免了大量的統(tǒng)計(jì)工作，有可能得到隨時(shí)間變化的在線實(shí)時(shí)負(fù)荷特性，其最大的困難在于難以在系統(tǒng)中所有變電站都安裝有關(guān)裝置，另一個(gè)困難時(shí)參數(shù)的實(shí)時(shí)性。 故障仿真法的優(yōu)點(diǎn)是參數(shù)確定過(guò)程與現(xiàn)在程序計(jì)算時(shí)選擇參數(shù)的過(guò)程一致，而且在某些故障下能獲得重現(xiàn)。但實(shí)際上他是一種試湊的方法，在某些故障下的負(fù)荷參數(shù)是否適用于其他故障，難以保證。而且認(rèn)為全系統(tǒng)負(fù)荷參數(shù)相同、不變顯然不符合負(fù)荷的實(shí)質(zhì)，可見(jiàn)，總體測(cè)辨法比較適合于微觀定量分析，統(tǒng)計(jì)綜合法比較適合于中觀定性分析，故障仿真法比較適合于宏觀校驗(yàn)。 而本文即將著重研究的 粒子群優(yōu)化法算法是由 James Kennedy 和 提出的 。 本質(zhì)上也屬于隨機(jī)類(lèi)方法 ， 具有并行處理特征 ， 魯棒性好 ， 易于實(shí)現(xiàn) ， 原理上可以以較大的概率找到優(yōu)化問(wèn)題的全局最優(yōu)解 。 感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 感應(yīng)電 動(dòng) 機(jī)或許是所有電動(dòng)機(jī)中 使用最廣泛的。它們通常具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐用的特點(diǎn)，具有合理的異步性 能 [9]：可管理的轉(zhuǎn)矩 速度曲線，負(fù)載條件下的穩(wěn)定工作，以及 令人滿意的效率。由于它們的使用范圍很廣， 故非常 值得 我們 了解。 除了其目前經(jīng)濟(jì)方面的重要性 外，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)也能在某些新的應(yīng)用領(lǐng)域找到一席之地，其設(shè)計(jì)不同于當(dāng)前的諸多設(shè)計(jì) 。例如，用于氣體壓縮機(jī)的超高速電動(dòng)機(jī)，或采用鼠籠式電動(dòng)機(jī)，或采用固態(tài)鐵形式（或兩者都采用）。 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在電力負(fù)荷（尤其是工業(yè)負(fù)荷）中占有較大的比重，對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行分析與控制具有相當(dāng)大的影響，在不少電力系統(tǒng)計(jì)算軟件中均包含感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型，因此成為電力系統(tǒng)模型中的重要成分。一般來(lái)說(shuō)，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子繞組的暫態(tài)過(guò)程比轉(zhuǎn)子繞組的電磁暫態(tài)過(guò)程要快得多，且更比電力系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程快得多。因此，就感應(yīng)電動(dòng)機(jī)對(duì)電力系統(tǒng)的影響而言，是否計(jì)及定子的暫態(tài)過(guò)程影響不大，采用三階模型就能很好地反映感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的性能，因此可將電力系統(tǒng)負(fù)荷等值為一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和靜態(tài)負(fù)荷的并聯(lián)。 本章小結(jié) 本章 著重了解了負(fù)荷建模的相關(guān)理論，如 電力系統(tǒng)負(fù)荷模型的理論以及參數(shù)辨識(shí)，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型等知識(shí)。 對(duì)于電力系統(tǒng)而言，進(jìn)行合理的適當(dāng)?shù)呢?fù)荷模型建模并進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)對(duì)于研究以及實(shí)際生產(chǎn)都有著重要的意義，無(wú)論是研究上的推廣還是經(jīng)濟(jì)上的可行性，都有著極強(qiáng)的實(shí)用性。同時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)機(jī) —— 這個(gè)運(yùn)用度及其廣泛的電動(dòng)機(jī)模型，在建模以及辨識(shí)的基礎(chǔ)上可進(jìn)行良好的輔助了解。這些在接下來(lái)的設(shè)計(jì)中都是必備的常識(shí)性知識(shí)，將起到貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)的作用。
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