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电力系统稳定器的混合差分进化算法设计研究

作者:郭军炜 李栩时间:2015-11-09来源:电子产品世界收藏
编者按:本文采用混合差分进化算法设计微电网中的稳定器。首先,对单发电机对无线汇流排系统的稳定器进行研究,变化发电机有功、无功功率及输电线阻抗,采用混合差分进化算法,指定不同目标函数极点使稳定器工作于复平面左半部分,以求优良好的动态稳定性能。然后,再延伸到多机和复杂网络结构的电网中。

摘要:本文采用混合差分进化算法设计微电网中的稳定器。首先,对单发电机对无线汇流排系统的稳定器进行研究,变化发电机有功、无功功率及输电线阻抗,采用混合差分进化算法,指定不同目标函数极点使稳定器工作于复平面左半部分,以求优良好的动态稳定性能。然后,再延伸到多机和复杂网络结构的电网中。

本文引用地址:http://www.amcfsurvey.com/article/281888.htm

  随着用电量不断快速增长,电力系统稳定度下降,为改善稳定性加装稳定器[1]。设计稳定器的关键是如何调整参数以获得最佳动态特性。过去用过的方法有模糊控制法、分散模态控制法、多目标基因法等,而混合差分进化法才是解决线性与非线性最小化问题的最好方法[2-4]

  本文使用混合差分进化算法,设计单机与无限汇流排系统中的稳定器[5-7],然后再将稳定器扩展使用于多机和复杂网络结构的系统中去。

1 系统模型

  图1为单发电机与无限汇流排系统,包括发电机及动态励磁系统,发电机使用交、直双轴模型,其参数如表1所示[8],为系统状态参数,ΔE'dΔE'qdq轴的暂态电压,ΔωΔδ为角速度和角度,ΔEFD为励磁电压,ΔVs为系统内部稳定器输出。利用混合为变数向量的目标函数。此处变数向量为发电机电力系统参数。

  图2为静态励磁系统的方框图,参数如表2所示[8]。励磁系统及发电机方程式在某工作点线性化,表示如下:

(1)

  其中,为系统状态参数,ΔE'dΔE'qdq轴的暂态电压,Δω与Δδ为角速度和角度,ΔEFD为励磁电压,ΔVs为系统内部稳定器输出。

  用混合差分进化算法设计稳定器时,应在一些限制条件下求目标函数最优化,即:

  目标函数: (2)

  限制条件: (3)

(4)

  式(2)中,为变数向量的目标函数。此处变数向量为发电机电力系统参数。

  稳定器以发电机速度偏差为输入信号见图3,其传递函数如下:

(5)

  若时间常数T5为固定值5 sec,其余参数KST1T2T3T4可调,结合发电机与励磁系统可得线性方程为:

(6)

  其中为系统状态变数,ΔV1、ΔV2内部电压,ΔVpss为输出信号。

2 稳定器设计

2.1 稳定器设计原理

  为增加系统阻尼,在发电机输出有效功率为P,无效功率为Q,输电线路电抗Xe变化的条件下,将系统于指定的复平面内,定义三种目标函数如下:

(7)

(8)

(9)

  式中NiP范围内总点数,NjQ范围内总点数,NkXe范围内总点数,相位超前或落后补偿型的参数限制为[9]

(10)

  若(7)~(9)中目标函数为零,结果将使实部皆位于垂线左边,阻尼比区域内。设定发电机输出有效功率为P,无效功率Q及输电线路阻抗Xe取值变化范围如下[8]

2.2 混合差分进化法稳定器设计流程

  混合差分进化法稳定器设计流程见图4。用随机方式取得差异向量产生一次进化中的突变,扩大搜寻范围,通过交配产生进化中的下一代,父子两代经选择环节择其性能优者继续向前进化,直到目标函数获得最优。这就是差分进化法[10-12]

  单纯差分进化法有缺点。遇到多代子不如其父,目标函数收敛将很慢;又有时会错误地收敛到局部最小解;所以,图4中增加了迁移及加速环节。为此更名为混合差分进化法,其详见后 [13-15]

  (1)初始化:以随机方式产生Np个族群,在每一个解中有D个变数,此变数均匀分布在整个求解空间内,表示如下:

(11)

  式(11)中为均匀分布随机数,为变数Xj 的最大最小值。

  (2)突变:利用随机方式得到差异向量以产生一个扰动向量,扩大搜索范围,在突变过程中,第G+1代突变向量为:

(12)

  其中,F为常数,、为随机产生的两个向量。

  (3)交配:交配过程是第G代向量与第G+1代突变向量交换、混合成为G+1实验向量,表达式如下:

(13)

  (4)选择:如果下一代更好,则替换低G代,相反则保留第G代。首先做竞争,然后选择最佳个体

(14)

(15)

  将以上步骤反复进行,直到有合适结果为止。针对差分进化法缺点,采用混合差分进化法进行改善,并将演算步骤代入迁移及加速过程,提高收敛速度及克服局部最小解[13-15]



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