遺傳算法在配電網無功優(yōu)化中的運用

1、遺傳算法在配電網無功優(yōu)化中的運用劉強西安高新唐南中學摘要：當配電網中的注入功率和負荷功率給定的情況下，配電網無功優(yōu)化將使得配電 網的供電可靠性和經濟性達到理想最優(yōu)解，其方法是投入無功補償設備。無功優(yōu) 化是一個非線性的計算問題，使用傳統(tǒng)算法求解時，計算過程效率低并且結果 很難收斂。本文采用遺傳算法(genetic algorithm)作為無功優(yōu)化問題的算法 并根據(jù)實際要求編寫了應用程序，結合陜西某工業(yè)區(qū)的具體例子，利用遺傳算 法進行配電網無功優(yōu)化，對于實際工程的運用具有很大價值。關鍵詞：遺傳算法;無功優(yōu)化;配電網;作者簡介：劉強，西安高新唐南中學。一、引言無功優(yōu)化是電力系統(tǒng)中配屯網經濟運行的重要

2、保障1。無功優(yōu)化給屯網運行帶 來了以下作用：(1) 使電網能夠維持末端用戶側電壓的穩(wěn)定，各個節(jié)點電壓趨于恒定，提高了 供電可靠性各；(2) 提高整個電網的功率因數(shù)；(3) 降低電網運行的線路損耗；(4) 對于有功和無功的分配，使其合理化；(5) 對于電能質量中包含的電壓和波形以及頻率，均有改善作用；(6) 降低了電網建設的成木2。二. 遺傳算法的簡介和計算流程 遺傳算法根據(jù)生物進化論發(fā)展而來，最初在1975年由美國的j. holland教授提 出。遺傳算法中的“染色體”就是某個問題的解，在算法中用二進制為編碼的串來 表示。在遺傳算法的計算過程中，最開始用一組隨機產生的“染色體”代表初始 解，把

3、這群“染色體”在問題的環(huán)境屮進化繁衍，按照優(yōu)勝劣汰的規(guī)則，從屮 選出適應環(huán)境的優(yōu)質“染色體”體”，再次進行迭代變異，如此往復，達到最 適合環(huán)境的解，即最優(yōu)解4。遺傳算法的計算流程可以歸納為圖1。圖1遺傳算法流程圖下載原圖三、無功優(yōu)化及其計算過程木文采用浮點數(shù)編碼形式對數(shù)字串進行逐一編碼，這樣所形成的浮點數(shù)數(shù)字串 能較用二進制數(shù)編碼表示的數(shù)字串簡化，故而遺傳算法相應的計算量會降低， 提高了計算速度，增加了計算效率。該參數(shù)需要進行編碼和解碼的優(yōu)化，因此, 在解的精度上也不存在問題。用一組環(huán)境內可行的電容器組補償方案作為一個種 群，來進行數(shù)值計算，種群可表示為：其屮，單一個電容器的無功優(yōu)化補償方案計

4、作一個個體x”可以表達為:（sc為補償節(jié)點i的電容器補償容量）（2）在適應度函數(shù)的建立方面，可以將適應度函數(shù)表示為:其中，c環(huán)是一個足夠大的數(shù)，其作用是將轉化后的適應度函數(shù)值為正數(shù)。在本 文利用的遺傳算法中，尋找最優(yōu)解是嚴格按公式（4）來求解的，此時，可知式（4）的最優(yōu)解就是式(5)的最優(yōu)解。其中,其中，punish是總懲罰因子;punish“是電壓越界懲罰因子;punishb補償容量越 界懲罰因子。需要排除不符合運行條件的解，此時系數(shù)爲h可取為一個很大的 正數(shù)或無窮大。如此，不滿足不等式約束的解將會使目標函數(shù)值f達到非常大， 從而被排除在可行解之外。此計算方案能夠很好地象征遺傳算法，懲罰措施

5、使不 滿足環(huán)境條件的個體的適應度變得很低，大大降低其繁衍的可能性，最終進行 了優(yōu)勝劣汰。在選擇操作方面，論文采用賭盤扇區(qū)選擇方法。比例算子為:.其中，r為所需的日標函數(shù)值，其結果是由該種群中每一個電容器補償方案代入 無功優(yōu)化目標函數(shù)后而計算得出的。假設該補償方案求得的目標函數(shù)值越大，就 可認為其適應度越大，故被隨機選中的概率也越高。本文根據(jù)將輪盤分解為 不同的相應扇區(qū)，計算機先隨機產牛一個數(shù)rkl (i二1, 2, 3n),然后計算機判斷八屬于哪一個扇區(qū)，則在配對庫中找岀與該扇區(qū)對應的個體進行配對。 經過如此往復，隨機選擇n次z后，n個新的無功補償方案就可以被得出。計算 機中的遺傳算法再分別根

6、據(jù)預先設定的變異概率和交叉概率對這n個新個體進 行兩兩配對進化繁衍后，將其轉換回十進制編碼形式，這樣一個變異后被選擇 的新種群就產生了。四、陜西某工業(yè)區(qū)配電網無功優(yōu)化計算為驗證本文給出的無功優(yōu)化算法的有效性，利用電網實際運行數(shù)據(jù)，本文利用 遺傳算法，對于陜西省某工業(yè)園區(qū)的配電網進行無功優(yōu)化計算。(-)配電網實際原始數(shù)據(jù)該電網基本情況如下：(1) 電網的基準功率是100mva,配電網有三個電壓等級，分別是:220k v. 110k v 和 10k vo(2) 220k v母線上共存在六路進線，將其并聯(lián)后可以等效成1條220k v輸電線 路。同理共有110k v母線上可以等效為6條輸電線。10k

7、v出線存在13條。(3) 有14條變壓器支路，其中包括兩條三繞組變壓器等效支路。(4) 配電網包含22個節(jié)點，21條支路。將所有節(jié)點的電壓范圍設定為基準值的 0. 9-1.07。其中，電壓等級為220k v節(jié)點有1個、110k v的節(jié)點有7個、10k v 的節(jié)點有13個、另存在1個三繞組變壓器的虛擬等效節(jié)點，其電壓等級假定為 lk vo(5) 虛擬發(fā)電機一臺，作為平衡節(jié)點，防止無功倒送，裝設在220k v母線端， 其功率下限設為0。(6) 無功補償點共有13個5。(-)計算與分析本文利用2017年7月23 h全天負荷數(shù)據(jù)，對陜四省某工業(yè)園區(qū)的配電網進行無 功優(yōu)化。結合該區(qū)域電網全天24小時的負

8、荷有功數(shù)據(jù)、負荷無功數(shù)據(jù)、線路參 數(shù)、可投切電容器組配置情況、變壓器參數(shù)等數(shù)據(jù)進行計算。假設系統(tǒng)電價為 0.7元/kwh,假設每個整點時刻的負荷數(shù)據(jù)在未來一個小吋內維持不變。屯容 器組的年折舊費用約為& 09元/k varo本文考慮電容器投切組數(shù)來優(yōu)化，圖2 反應了本文所研究的電網在24小時內系統(tǒng)補償前、原補償方案和優(yōu)化后補償方 案的節(jié)點電壓對比情況。由對比分析可得，在配電網的不同節(jié)點經過投切電容器組進行無功補償后，各 個吋段內各節(jié)點的電壓均得到相應一定范圍的提高。將系統(tǒng)原補償方案和優(yōu)化后 的補償方案相比，兩者電容器動作次數(shù)差不多，另外，兩者節(jié)點電壓相差不大， 電壓合格率均能達到100

9、%。三種方案全天各時段的運行總費用對比如圖3所示。圖2優(yōu)化前后節(jié)點電壓對比圖下載原圖圖3全天各時段總費用對比圖下載原圖 由圖3可以看岀，三種曲線隨著時段走向趨勢一致，但優(yōu)化后的方案的總費用 明顯降低，在每個吋間段內均低于原方案和補償前的方案。五、結論本文提出利用遺傳算法運用于配電網無功優(yōu)化中，通過在不同的電網節(jié)點的計 算決定是否增加電容器組，以及補償電容器的容量，經過遺傳、交叉、變界得到 最優(yōu)解。通過木文提出的優(yōu)化計算方法，在保證電壓合格的情況下，從以經濟性 為主要研究目的出發(fā)，降低了運行的總費用，將配網系統(tǒng)無功補償方案得到優(yōu) 化。參考文獻1 王克文，張東岳電力系統(tǒng)無功優(yōu)化算法綜述j電測與儀表，2016, 53 (10)2 王好娜，馬龍義，付志紅采用改進的粒子群算法進行無功優(yōu)化j.電器與 能效管理技術，2016 (7) : 22-25.3 王樹洪，邵振國.基于方向性遺傳-粒子群混合算法的有源配電網無功優(yōu)化 j 電氣技術，20