基于自适应遗传算法的电能质量监测点优化配置方法研究

摘要

随着科学技术的进步和电力系统的发展，供用电双方对电能质量的要求更高，电能质量问题也日益受到供电部门及国内外学者的关注。而电压暂降是电能质量问题中发生频率高、危害性巨大、被用户投诉最多的事件，对电压暂降进行监测可达到改善电能质量问题的目的。监测电压暂降最理想的方法是在电力系统的每个节点上都安装电能质量监测点，这样就一定能捕捉得到电力系统中每一个可能会发生的电压暂降事件。由于经济成本及技术水平等条件的限制，现阶段无法满足在每个节点上配置电能质量监测点，再加上在电网中安装过多的监测点，会增加数据量，给数据传输和处理带来不便，因此，需要对电能质量监测点进行优化配置。本文基于遗传算法对电能质量的监测点优化配置展开了研究。
　　(1)根据电能质量监测点优化配置的要求，提出采用自适应遗传算法对电能质量监测点进行优化配置的方法。该方法实现了电压暂降全网可观测，并保证了监测点优化配置方案的多样性。
　　(2)针对遗传算法的基础特性，重点研究其实现步骤，包括编码方式、选择策略、交叉操作、变异操作、适应度函数及限制条件的设置。分析了自适应遗传算法及改进的自适应遗传算法的基础理论。
　　(3)在深入研究电压暂降原理的基础上，详细解析了电压暂降的计算方法，包括不同故障类型引起电压暂降及电压暂降发生在不同位置的计算。不同故障类型引起电压暂降时则通过计算节点阻抗矩阵得到电压暂降幅值，该方法实现简单。其中，不对称故障采用对称分量法分析得到三序阻抗矩阵再进行电压暂降计算。推导了电压暂降发生在电力系统线路上的计算方法，扩展了电力系统可观测范围。
　　(4)建立电能质量监测点优化配置数学模型，包括以监测点数量最少为目标函数及全网可观测为约束条件的确定。详细分析了以电压暂降为基础的电力系统可观测性。将自适应遗传算法应用到监测点优化配置模型中，建立了一个基于自适应遗传算法的电能质量监测点优化配置模型。针对自适应遗传算法的不足，利用进化衰减因子对自适应遗传操作进行了改进，并采用了最优保存策略，提高了算法的性能。根据电压暂降可观测冗余度提出了最优解评价原则对得到的多个解进行评估，确定最终的监测点优化配置方案。
　　(5)本文通过MATLAB编程将提出的优化方法对IEEE30节点系统仿真测试。结果表明:本方法能够有效得到电能质量监测点优化配置方案，改进的自适应遗传算法不但收敛速度快，而且不容易陷入局部最优解，表现了本文所提方法的优越性及应用于电能质量监测点优化配置的可行性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 选题背景及研究意义

1．2．1 选题背景

1．2．2 研究意义

1．3 国内外研究现状及发展趋势

1．3．1 国外研究状况及发展趋势

1．3．2 国内研究状况及发展趋势

1．4 主要研究内容

第2章 遗传算法理论基础

2．1 引言

2．2 标准遗传算法

2．2．1 标准遗传算法的基本思想

2．2．2 标准遗传算法的实现过程

2．3 自适应遗传算法

2．4 改进自适应遗传算法

2．5 遗传算法在电力系统中的应用

2．5．1 经济调度

2．5．2 电网规划

2．5．3 电力系统控制

2．5．4 故障诊断

2．5．5 谐波分析

2．5．6 潮流优化

2．5．7 其它领域

2．6 小结

第3章 电压暂降及其计算

3．1 引言

3．2 电压暂降

3．2．1 电压暂降的概念

3．2．2 电压暂降发生的原因

3．2．3 电压暂降对电力系统的影响

3．3 电压暂降的计算

3．3．1 节点阻抗矩阵

3．3．2 节点发生电压暂降时电压幅值的计算

3．3．3 线路发生电压暂降时的节点电压

3．4 小结

第4章 基于遗传算法的电能质量监测点优化配置

4．1 引言

4．2 电能质量监测点配置数学模型的研究

4．3 电力系统可观测性分析

4．3．1 电力系统可观测性定义

4．3．2 电力系统可观测性分析

4．4 基于自适应遗传算法的电能质量监测点优化配置

4．4．1 编码方式的确定

4．4．2 种群初始化

4．4．3 适应度评价函数

4．4．4 选择操作

4．4．5 改进的自适应交叉操作

4．4．6 改进的自适应变异操作

4．4．7 最优保存策略

4．4．8 循环终止条件的设置

4．5 最优解评价原则

4．6 基于自适应遗传算法的电能质量监测点优化配置实现流程

4．6．1 电压暂降可观测实现流程

4．6．2 自适应遗传算法优化配置电能质量监测点实现流程

4．7 小结

第5章 监测点优化配置算例分析与应用研究

5．1 引言

5．2 IEEE30节点系统节点发生故障时的监测点优化配置

5．2．1 三相对称故障时的监测点优化配置

5．2．2 单相接地故障时的监测点优化配置

5．2．3 两相短路故障时的监测点优化配置

5．2．4 两相接地故障时的监测点优化配置

5．2．5 任意故障类型时的监测点优化配置

5．2．6 基于IAGA的电能质量监测点优化配置结果分析

5．3 IEEE30节点系统节点和线路发生故障时的监测点优化配置

5．3．1 三相对称故障时的监测点优化配置

5．3．2 单相接地故障时的监测点优化配置

5．3．3 两相短路故障时的监测点优化配置

5．3．4 两相接地故障时的监测点优化配置

5．3．5 任意故障类型时的监测点优化配置

5．3．6 监测点优化配置结果分析

5．4 遗传算法性能的比较

5．5 小结

总结与展望

全文总结

工作展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的论文

附录B 攻读学位期间参加的科研项目