基于自适应小生境粒子群优化算法的电力系统无功优化.pdf

在电力系统运行与管理中，无功优化是一个极为关键的环节，其目的是为了降低系统损耗、提高电压稳定性以及增强系统供电质量。无功优化问题通常被定义为一个多变量、非线性、多约束的组合优化问题，涉及到控制变量和状态变量的调整，其中控制变量包括发电机端电压、变压器分接头挡位和无功补偿容量等，状态变量则包括负荷节点电压、发电机无功出力和平衡节点有功出力等。 粒子群优化（PSO）算法是近年来在电力系统优化问题上取得显著成果的一种进化计算技术。它的基本机理是通过群体内个体间的信息共享和个体经验的总结，迭代更新个体的位置和速度，以期找到优化问题的解。PSO算法虽然简单易实现，但其在寻找全局最优解的过程中存在易于陷入局部最优解的早熟现象。 针对PSO算法这一局限性，提出了一种自适应小生境粒子群优化（ANPSO）算法。该算法通过引入小生境共享机制，即根据粒子位置状况及其向量点积的符号动态生成小生境半径，并根据粒子间的距离组成小生境种群，从而维护种群的多样性。在小生境群体中运用粒子群优化算法进行寻优，利用共享机制改变粒子的适应度，以提高整个群体的全局寻优能力。 在IEEE6、14、30和118节点测试系统上的无功优化问题计算及其结果分析显示，ANPSO算法相较于其他算法，在收敛成功率上表现优异，并能够获得较好的解。ANPSO算法的成功之处在于它能够有效地避免粒子群优化算法在进化过程中过早收敛于局部最优解的问题，并在多样的小生境环境下平衡了全局搜索和局部搜索的能力。 无功优化的数学模型通常以网损最小化为目标函数，同时需要满足一系列的约束方程，包括节点电压和发电机无功出力的约束。具体的数学模型需要考虑发电机端电压、变压器变比、补偿电容器的投切组数等控制变量，以及负荷节点电压、发电机无功出力和平衡节点有功出力等状态变量。约束条件的加入使得优化计算更加复杂。 在标准PSO算法中，粒子的速度和位置的更新是通过结合自身的最佳位置（个体最优解）和群体的全局最佳位置（全局最优解）来实现的。粒子群算法的参数，如学习因子c1和c2，加速系数，以及随机数r1和r2，对算法的性能有着重要影响。合适的学习因子可以加快收敛速度且不易陷入局部最优解，一般取值为c1=c2=2.0。 总体而言，电力系统的无功优化对于提升电力系统的性能至关重要，而自适应小生境粒子群优化算法提供了一种有效的解决策略。通过不断的研究和实践，电力系统的无功优化将持续向着更加智能化和高效率的方向发展。