模拟植物生长算法在电力系统中的应用

摘要

模拟植物生长算法是一种源于大自然的仿生类随机算法。该算法从植物的向光性特点出发，将整数规划的可行域作为植物的生长环境，根据各可行解目标函数的变化情况动态确定植物的形态素浓度，进而模拟出向光源(全局最优解)迅速生长的植物生长动力学模型。该算法在搜索过程中不断获取和积累有关搜索空间知识，并自动地控制搜索过程以求得最优解。本文在介绍植物的生长演绎方式、形态素浓度、向光性概率生长机制的基础上，对模拟植物生长理论处理问题的基本思想和基本方法进行了研究，并将其应用于电力系统领域，就以下问题展开了研究，取得了满意的结果。 1)建立了以可行路径为决策变量的、能同时处理N安全及N-1安全的输电网混合整数规划模型。采用模拟植物生长算法对所建立的模型进行了求解，并提出了以所有决策变量上限构成的网架为初始解展开寻优的建议。 2)针对配电网络闭环设计、开环运行的特点，提出了以独立环路为决策变量集，各环路中的开关编号作为其对应变量取值集合的配电网络重构方法，巧妙地将配电网络的独立环路远小于开关数的特征与模拟植物生长算法擅长处理整数规划的特点相结合，高效地求解了配电网络重构问题。采用断开、闭合、联闭、长闭4种状态来描述开关的运行方式，有效地缩小了寻优过程中的搜索范围，提高了计算效率。同时将以环路为决策变量的设计思想进一步应用到了配电系统规划中。 3)提出了将无功补偿容量、变压器分接头和发电机节点电压三个方面的控制变量采用统一模式转化成整型变量的方法。应用模拟植物生长算法对所建立的电力系统无功优化模型进行了求解。 4)采用模拟植物生长算法同时从时间和空间两个角度对考虑开关动作次数约束的混合整数配电网动态无功补偿优化模型进行整体优化，避免了将其分解成动作时间和投入容量两层优化问题。通过仅对与搜索到的可能解中变化了的一个变量相关联的一个空间断面和一个时间断面依次进行约束校核，加快了算法的寻优速度。 5)基于等备用率原则，建立了以系统在一个检修周期内各周的净备用率与整个检修周期的平均净备用率之差绝对值之和最小为目标的发电机组检修计划模型。通过采用待检修机组检修启动时段的组合为决策变量，将发电机组检修计划问题转变为适合采用模拟植物生长算法求解的整数规划问题，并对其进行了求解。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1引言

1.2电力系统优化方法的研究现状

1.2.1传统启发式方法

1.2.2数学优化方法

1.2.3现代优化算法

1.3本文的主要工作和创新点

第二章 模拟植物生长算法

2.1引言

2.2植物的生长演绎方式

2.3植物向光性生长机制的数学模拟

2.4终止判据

第三章 模拟植物生长算法在输电网规划中的应用

3.1引言

3.2输电网规划数学模型

3.3输电网规划的模拟植物生长算法

3.3.1约束条件的处理

3.3.2输电网规划的PGSA求解流程

3.4算例及分析

3.4.1 Garver-6节点系统

3.4.218节点系统

3.5小结

第四章 模拟植物生长算法在配电网重构中的应用

4.1引言

4.2配电网重构的数学模型

4.3基于模拟植物生长算法的配电网重构

4.3.1决策变量的设计

4.3.2开关状态的描述

4.3.3基于模拟植物生长算法的配电网重构流程

4.4算例及分析

4.4.1 IEEE 16、IEEE 33及IEEE 69节点系统

4.4.2TPC配电系统

4.5小结

第五章 模拟植物生长算法在配电系统规划中的应用

5.1引言

5.2配电系统规划数学模型

5.3基于PGSA的配电系统规划

5.3.1决策变量的设计

5.3.2约束校核及变电所容量的确定

5.3.3基于PGSA的配电系统规划流程

5.4算例及分析

5.5小结

第六章 模拟植物生长算法在电力系统无功优化中的应用

6.1引言

6.2无功优化模型

6.3基于模拟植物生长算法的无功优化

6.3.1控制变量的转型

6.3.2约束条件的处理

6.3.3无功优化的模拟植物生长算法

6.4算例及分析

6.4.1 Ward-Hale 6节点系统

6.4.2 IEEE 30节点系统

6.5小结

第七章 模拟植物生长算法在配电网动态无功补偿中的应用

7.1引言

7.2动态无功补偿优化模型

7.3基于PGSA的动态无功补偿的整体优化算法

7.3.1决策变量的选取

7.3.2约束条件的处理

7.3.3动态无功补偿的整体优化流程

7.4算例及分析

7.5小结

第八章 模拟植物生长算法在机组检修计划安排中的应用

8.1引言

8.2发电机组检修计划数学模型

8.3发电机组检修计划的模拟植物生长算法

8.3.1决策变量的设计

8.3.2约束条件的处理

8.3.3基于PGSA的发电机组检修计划

8.4算例及分析

8.5小结

第九章 总结与展望

参考文献

附录

作者在博士后流动站期间发表和录用的论文及申请的项目

致谢