基于改進(jìn)引力搜索算法的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化

周正陽

摘要：本文研究的主要目的是為了明確電力系統(tǒng)無功優(yōu)化的重要性，通過提出一些改革的策略來提升電力系統(tǒng)無功優(yōu)化的質(zhì)量，進(jìn)而推動(dòng)我國電力事業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。通過對(duì)電力系統(tǒng)無功優(yōu)化進(jìn)行改革，能在一定程度上提升電力系統(tǒng)無功優(yōu)化的整體水平。

關(guān)鍵詞：引力搜索算法;電力系統(tǒng);無功優(yōu)化

前言：

改進(jìn)引力搜索算法的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化，已經(jīng)成為電力企業(yè)的重要研究內(nèi)容，這樣的研究特點(diǎn)使得相關(guān)工作人員在引力搜索算法的優(yōu)化過程中，需要對(duì)新型的引力搜索計(jì)算方式和電力系統(tǒng)無功優(yōu)化模式進(jìn)行探究和創(chuàng)新，方能增強(qiáng)電力系統(tǒng)無功優(yōu)化的整體水平。因此本文此次研究的內(nèi)容和提出的策略對(duì)豐富電力系統(tǒng)無功優(yōu)化的改革內(nèi)容具有理論性意義，對(duì)指導(dǎo)電力系統(tǒng)無功優(yōu)化的改革方式具有現(xiàn)實(shí)意義。

1引力搜索算法

1.1 理論依據(jù)

引力搜索算法在2009年初次被提出，該算法實(shí)際上是基于萬有引力定律以及牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律作為重要理論依據(jù)得出的，并在種群移動(dòng)空間內(nèi)開展的全局搜索。結(jié)合萬有引力定律的理論內(nèi)容可知，兩個(gè)不同的物體會(huì)因?yàn)槭艿饺f有引力的作用而出現(xiàn)互相吸引的狀態(tài)，萬有引力將與兩個(gè)物體所具有的慣性質(zhì)量的乘積成正比例關(guān)系，與兩個(gè)物體之間間距的平方數(shù)成反比例關(guān)系，即為F=G 。在一個(gè)總質(zhì)量為M的物體承受力的大小為F的直接作用力時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)加速度，即為a= [1]。

將兩個(gè)公式所描述出的萬有引力應(yīng)用在多數(shù)量物體之間的引力作用之中，慣性質(zhì)量為MA的物體A對(duì)實(shí)際慣性質(zhì)量為MA的物體1能夠產(chǎn)生的萬有引力為FA。這就意味著在多數(shù)量物體之間萬有引力綜合作用下產(chǎn)生的合力F= FA，在該合力的狀態(tài)下MA產(chǎn)生的實(shí)際加速度為a。

1.2 基本原理

如果在B維的空間范圍內(nèi)具有N個(gè)數(shù)量的粒子，它們所存在的位置用Xi=（xi1，xi2，...，xiB），位置的下標(biāo)區(qū)域?yàn)閕=1，2，...，B。基本原理是表示粒子所承受的合力F在正常情況下將使用其他種類的粒子對(duì)其產(chǎn)生的萬有引カ作用進(jìn)行隨機(jī)加權(quán)，在順利的計(jì)算出粒子i在處于第d分量時(shí)，在t時(shí)刻計(jì)算出其所承受的實(shí)際合力后，工作人員即可結(jié)合牛頓第二定律了解t時(shí)間時(shí)內(nèi)粒子所具有的實(shí)際加速度，這就意味著研究人員可以在t時(shí)間內(nèi)尋找到粒子的適應(yīng)性最佳值。

在可見粒子具有的可適應(yīng)值逐漸接近最優(yōu)值的過程中，粒子所具有的慣性質(zhì)量也會(huì)隨之增大，該粒子對(duì)其他粒子產(chǎn)生的實(shí)際吸引力也隨之增大。粒子在進(jìn)行移動(dòng)的過程中，如果速度達(dá)到了[vm，vma]的區(qū)間范圍內(nèi)，在利息出現(xiàn)越限時(shí)，研究人員應(yīng)該盡可能將其控制在[vmn，vmx]的范圍內(nèi)。因此粒子所處位置在[xmin，xm]范圍內(nèi)時(shí)，在粒子位置達(dá)到x（t + 1），也就是粒子在越限狀態(tài)時(shí)，研究人員應(yīng)該盡可能將其控制在[Exn，xma]內(nèi)[2]。

在出現(xiàn)迭代的初期階段，如果設(shè)置了比較多的粒子，可以在一定程度上提升引力搜索算法所具有的全局算法搜索能力。在更新迭代次數(shù)逐漸增加時(shí)，研究人員僅需要適當(dāng)?shù)谋Ａ粢恍┵|(zhì)量比較大的粒子進(jìn)行作用力研究即可，可以有效的提升引力搜索算法在鄰域空間的搜索速率。

2無功優(yōu)化模型

現(xiàn)如今電力系統(tǒng)進(jìn)行無功優(yōu)化時(shí)容易出現(xiàn)的問題主要運(yùn)用發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)、載型調(diào)壓變壓器的抽頭調(diào)整以及無功補(bǔ)償設(shè)備容量調(diào)整等舉措進(jìn)行無功優(yōu)化調(diào)整，可以有效的降低電網(wǎng)的有功損耗量。正常情況下電力系統(tǒng)出現(xiàn)的無功優(yōu)化問題可以被描述為一個(gè)非線性規(guī)劃的模型。如果在進(jìn)行電力系統(tǒng)無功優(yōu)化時(shí)使用最小功損網(wǎng)視為目標(biāo)函數(shù)，函數(shù)公式即為如圖1所示。

在該函數(shù)中So、Sg代表發(fā)電機(jī)的集合以及母線的集合，Pa代表一個(gè)重要的節(jié)點(diǎn)i，表示系統(tǒng)發(fā)電產(chǎn)生的有功功率，Pi 是電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)所具有的有功負(fù)荷，λ1和λ2代表因子，Qa、Qa表示發(fā)電機(jī)進(jìn)行無功發(fā)力時(shí)的上限以及下限。U1、UJ則代表母線可承受電壓的上限以及下限，SQo和Uo代表發(fā)電機(jī)所具有的無功發(fā)力以及母線電壓的實(shí)際越限量[3]。

3基于引力搜索算法的無功優(yōu)化求解

3.1主要內(nèi)容

引力搜索算法的主要內(nèi)容是指在搜索算法的使用初期可以借助多個(gè)進(jìn)行作用的粒子對(duì)種群產(chǎn)生的萬有引力作用進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域內(nèi)整體范圍的尋優(yōu)處理。在更新迭代的次數(shù)逐漸累積的狀態(tài)下，萬有引力的常數(shù)G將逐漸下降，種群會(huì)因?yàn)闈u漸降低作用粒子的萬有引力作用而聚集在一起，聚集空間一般位于最優(yōu)解的鄰域區(qū)間。

研究人員即可以直接在局部的區(qū)間范圍內(nèi)展開詳細(xì)搜索，即可高效的尋找到最佳解。但因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)無功優(yōu)化問題中具有較多的離散變量，萬有引力常數(shù)G在指數(shù)逐漸下降的狀態(tài)，將造成電力系統(tǒng)離散變量較早的終止進(jìn)行最優(yōu)解的尋找，不利于解決電力系統(tǒng)無功優(yōu)化問題和系統(tǒng)中離散變量的萬有引力常數(shù)G進(jìn)行區(qū)分處理的問題，連續(xù)性變量的萬有引力常數(shù)G如果依照相應(yīng)的公式開展更新，即可以使電力系統(tǒng)離散變量的萬有引力常數(shù)處于恒定不變的狀態(tài)[4]。

3.2操作步驟

首先需要進(jìn)行讀入數(shù)據(jù)操作，研究人員在待優(yōu)化處理的電力系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、系統(tǒng)負(fù)荷參數(shù)、發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)信息、系統(tǒng)電壓幅值、系統(tǒng)發(fā)電功率、系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)南拗禂?shù)據(jù)進(jìn)行整合。隨后，研究人員即可進(jìn)行電力系統(tǒng)的初始化處理，并設(shè)定好引力搜索算法具有的種群大小、萬有引力常數(shù)、萬有引力變化系數(shù)、最終存在的作用粒子數(shù)量以及最大的更新迭代次數(shù)。

第三步研究人員需要在電力系統(tǒng)中設(shè)定一個(gè)初始的種群，并提前設(shè)置一個(gè)待無功優(yōu)化變量，并且隨機(jī)進(jìn)行初始種群的自動(dòng)生成，對(duì)系統(tǒng)中的左右粒子開展搜索計(jì)算，并依照粒子的適應(yīng)度指標(biāo)，開展粒子適應(yīng)度的評(píng)估測算，可以獲得一個(gè)系統(tǒng)范圍內(nèi)最佳解的初始值。研究人員需要對(duì)電力系統(tǒng)無功優(yōu)化的收斂條件具有一定的識(shí)別能力，研究人員需要了解更新迭代次數(shù)為y=y+1時(shí)，測算y<Y是否處于成立的真命題，假如是真命題，研究人員即可以繼續(xù)進(jìn)行電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化，如果不是，研究人員需要立即將電力系統(tǒng)退出無功循環(huán)操作。

在計(jì)算電力系統(tǒng)粒子的質(zhì)量時(shí)，研究人員應(yīng)該挑選出種群中最優(yōu)和最差粒子所具有的實(shí)際適應(yīng)值，并依照粒子質(zhì)量測算公式計(jì)算出作用粒子的實(shí)際適應(yīng)值。在進(jìn)行電力系統(tǒng)無功優(yōu)化的過程中需要及時(shí)的更新作用粒子所具有的個(gè)數(shù)。研究人員可以將種群依照質(zhì)量大小以自大至小的順序開展排列步驟，并擇優(yōu)選取粒子作為電力系統(tǒng)無功優(yōu)化的作用粒子。

在使用引力搜索計(jì)算進(jìn)行粒子合力計(jì)算時(shí)，研究人員可以依照與之對(duì)應(yīng)的公式計(jì)算出萬有引力常數(shù)，盡可能確保電力系統(tǒng)離散變量所具有的萬有引力常數(shù)處于恒定不變的狀態(tài)。工作人員依照間距公式可以較為精準(zhǔn)的計(jì)算出非作用粒子以及作用粒子之間的物理距離，亦可計(jì)算出電力系統(tǒng)無功處理中所有粒子因互相吸引而出現(xiàn)的合力。

研究人員在更新粒子速率以及位置時(shí)，可依據(jù)引力搜索公式計(jì)算出各粒子所具有的實(shí)際加速度以及已更新粒子所具有的實(shí)際速率以及新的位置。在進(jìn)行種群適應(yīng)度綜合評(píng)估時(shí)，研究人員可以直接將各個(gè)粒子所處的位置當(dāng)作控制變量開展電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化計(jì)算，從而計(jì)算出電力系統(tǒng)無功優(yōu)化的最佳解。

結(jié)論：

通過文章的分析和研究得知，基于改進(jìn)引力搜索算法的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化是推動(dòng)電力系統(tǒng)全面發(fā)展的有效手段。本文研究中提出的幾點(diǎn)建議，主要圍繞電力系統(tǒng)無功優(yōu)化，注重基于改進(jìn)引力搜索算法的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化才能更好的提升其電力系統(tǒng)的綜合水平，這對(duì)電力系統(tǒng)的改革和創(chuàng)新具有重要的意義。在我國電力事業(yè)不斷發(fā)展下，將會(huì)出現(xiàn)多樣化的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化方法，作為電力企業(yè)的工作人員，應(yīng)重視自身無功優(yōu)化能力的提升，進(jìn)而為電力系統(tǒng)提供優(yōu)質(zhì)的無功優(yōu)化服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

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[4]鐘映紅，朱素群.基于引力搜索算法的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化[J].廣東電力，2013，26（12）：110-115.