基于蟻群散布游走算法的電力系統控制方法

張夢清

（廣東電網公司廣州供電局，廣州510620）

0 引言

電力系統控制方法是保證電力系統高效實用的有效手段，由于電力系統控制節點具有分散性特征，要實現多個節點之間的控制信息融合具有一定難度，以此導致傳統方法在對電力系統進行控制過程中，顯現出對故障控制速度慢、故障識別效率低、控制效果不明顯等缺點，傳統方法已經無法滿足電力系統控制需求[1]。所以此次提出基于蟻群散布游走算法的電力系統控制方法，實現對電力系統故障的有效控制，為電力系統穩定運行提供良好的環境。

1 基于蟻群散布游走算法的電力系統控制方法

根據電力系統節點分布特征，建立電力系統結構穩態模型，并利用蟻群散布游走算法對模型進行求解，判斷出系統運行參數是否合理，如果不合理表示系統出現故障，對其進行協調控制，實現對電力系統的遠程控制，其控制方案流程如圖1 所示。

圖1 基于蟻群散布游走算法的電力系統控制方案的流程圖

1.1 建立電力系統結構穩態模型

此次研究不考慮電力系統的轉移電導情況，則電力系統第i臺發電機模型為：

公式（1）中，T1表示電力系統發電機橫軸電流；T2為電力系統發電機縱軸電流；Ey為發電機縱軸電阻率；t0為發電機縱軸閉路時間常數；D為發電機開路時間常數；P為阻尼系數；L為與勵磁電壓成正比的發電機同步電抗后的電勢；H為機械功率設為常數[2]。電力系統滿足功率平衡，在第i個發電機節點，有功功率、無功功率平衡；在第i個負荷節點，有功功率與無功功率平衡，通過平衡關系形成電力系統結構模型：公式（2）中，f是狀態微分矢量；z是約束矢量；x是輸出矢量。此次建立的電力系統結構穩態模式是一種典型的微分-代數數學模型，微分方程可以計算出電力系統中發電機運行參數狀態，代數方程可以計算出電力系統潮流參數狀態，得到電力系統節點電壓變量，以此完成電力系統結構模型建立。

1.2 引入蟻群散布游走算法

上文建立的電力系統結構保持模型實際上是由一組微分-代數方程構成的非線性控制模型，導致模型求解具有一定的難度[3]。考慮到整個電力系統的分布特性，以及降低模型求解過程，此次采用蟻群散步游走算法對模型進行求解，對電力系統節點分布采用隨機分布的形式進行劃分。形成電力系統結構穩態模型與算法之間的相互配比，結合電力系統結構穩態模型中節點分布規律，利用算法對穩態模型中所有節點參數信息進行處理與分析，為判斷電力系統運行狀態是否正常提供依據，達到整個電力系統的有效控制目的，該算法模型如圖2 所示。

圖2 蟻群散布游走模型圖

一個完整的蟻群是由蟻群和游走路線兩部分組成，蟻群是由不同數量的螞蟻組成的集合，即為S={v1,v2,…,vn} ，n表示蟻群中螞蟻的數量；蟻群游走路線集合為W={r1,r2,…,rm} ，m為蟻群游走路線的數量。對于蟻群游走路線集合W中的每個元素螞蟻游走路線，都有一個始點一個終點與之對應[4]。假設當螞蟻位于電力系統結構模型中的節點i，螞蟻即將到達的下一個節點位置為節點j，螞蟻散布游走路線的轉移概率為P，假設給定的蟻群散布集合的集合量為F，則蟻群散布游走轉移概率P密度函數表達式為：

公式（3）中，?為蟻群散布游走集合；T為多個蟻群散布集合高斯密度函數；α為蟻群散布集合高斯混合模型的權重向量；u為蟻群散布集合高斯密度函數的均值向量；Q為協方差矩陣[5]。假設Z=( )V,K是由蟻群散布集合監測到的電力系統數據，V是蟻群散布集合監測到的數據K組成的集合。則Z的聯合概率密度函數可定位為：公式（4）中，φ為被估計的參量集合。當K為連續變量，則可以通過蟻群散布集合的W步和m步迭代，得到迭代最大完整的數據的對數似然函數的期望值來實現對缺失數據φ的最大化[6]。通過上面的蟻群散布游走算法，對電力系統運行節點信息進行分析。

1.3 實現電力系統控制

設定對電力系統電力節點控制輸出原則為：

公式（5）中，Me為電力節點的引導誤差向量；Ne為常數。控制輸出原則成立需滿足：

將蟻群散布集合監測到的電力系統數據帶入到上述公式中，如果公式成立說明電力系統節點任務分配合理；如果公式不成立，說明電力系統節點任務分配不合理，需要執行協調控制原則，則由公式（5）結果對電力系統執行控制，以此實現了對電力系統控制。

2 對比實驗

實驗對象為兩區四機電力系統，盡可能與電力系統實踐電力環境相接近。對電力系統中每個節點采用此次提出方法與傳統方法對其進行控制，電力系統參數指標設置如表1 所示。

在實驗中設計了五種電力系統故障，其中包括電力系統三相短路、兩相短路、單相接地短路及兩相接地短路。此次實驗共設置10 處故障，對比兩種控制方法控制速度，將此次提出方法用方法1 表示，將傳統方法用方法2 表示，實驗結果如表2 所示。

表1 電力系統控制方法仿真實驗參數設置

從表2 可以看出，此次提出方法對于電力系統故障能夠很好的控制，控制速度遠遠快于傳統方法，基本能在0.2s 內完成對故障的控制，說明此次提出的方法能夠滿足電力系統控制要求。

表2 兩種方法控制速度對比

3 結語

此次將蟻群散布游走算法應用到電力系統控制中，形成一種新的控制方法。電力作為人們生活的基礎設施，其系統的穩定運行能夠為人類生活帶來極大的便利，對于電力系統的有效控制一直是優化系統全局效率所追求的目標，此次提出方法對于該目標實現具有重要的應用價值。