混沌算法在電力控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

國能長源電力股份有限公司 翁 曉

隨著時代的進步，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展，各個領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用到了自動化控制。尤其是電氣自動化技術(shù)的發(fā)展突飛猛進，技術(shù)的發(fā)展催生了很多電氣自動化設(shè)備，設(shè)備的應(yīng)用非常廣泛。針對電氣自動化設(shè)備的應(yīng)用設(shè)計的電力控制系統(tǒng)也逐漸完善，在電力控制系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)差異或造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，因此，在進行電力控制系統(tǒng)設(shè)計的時候需要對設(shè)計的每個步驟都進行嚴格的把關(guān)，以保證電力設(shè)備可以被電力控制系統(tǒng)進行有效的控制，系統(tǒng)的整體性可以得到充分發(fā)揮。對系統(tǒng)進行優(yōu)化可以增加系統(tǒng)控制的精確性。保證電能在輸送的過程中不出現(xiàn)意外，實現(xiàn)電能的輸送安全，并減少電能輸送的消耗量。

PID 控制器是在電力控制系統(tǒng)中經(jīng)常使用到的控制器，PID 控制器需要在使用之前進行參數(shù)的設(shè)定，參數(shù)設(shè)定的科學性決定了系統(tǒng)運行的效果。因此在控制系統(tǒng)的優(yōu)化當中，PID 控制器的參數(shù)優(yōu)化控制效果，能夠決定整個控制系統(tǒng)的能力，對PID控制器進行合理有效的設(shè)定，能夠?qū)﹄娏刂葡到y(tǒng)安全性能進行保障。所以對PID 控制器參數(shù)進行制約成為了電力控制系統(tǒng)保障輸電安全的一種手段。PID 控制器自動化控制是建立在系統(tǒng)完善運轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上，參數(shù)的優(yōu)化可以依賴于求解并優(yōu)化工程中的參數(shù)設(shè)置函數(shù)。將控制參數(shù)的設(shè)置轉(zhuǎn)變?yōu)楹瘮?shù)的計算。通過相關(guān)的計算公式構(gòu)建數(shù)學模型，用模型求解出參數(shù)的優(yōu)化，以此實現(xiàn)電力控制系統(tǒng)的優(yōu)化。

傳統(tǒng)優(yōu)化方式相比較建立數(shù)學模型的方式更繁瑣，且無法保障控制的基本偏差。考慮對象對于參數(shù)的要求且選擇的算法需要通過長時間的訓練和學習才能符合控制的精度。優(yōu)化使用的算法就是優(yōu)化設(shè)計技術(shù)，混沌算法可以節(jié)省過渡性計算，設(shè)計控制系統(tǒng)和設(shè)置設(shè)備參數(shù)中也可以使用混沌算法。傳統(tǒng)的電氣控制往往需要工作經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員進行專業(yè)的測算，保證不同的電力控制系統(tǒng)可以與不同型號的PID 控制器匹配。經(jīng)驗不足的人員會因為參數(shù)設(shè)定的難度加大而變得不知所措，通過混沌算法優(yōu)化PID 控制器參數(shù)調(diào)整可降低系統(tǒng)操作難度。

1 基于混沌算法進行控制系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化

基于混沌自身規(guī)律，對控制系統(tǒng)參數(shù)進行優(yōu)化，可以提升最優(yōu)解的獲得效率。將系統(tǒng)的參數(shù)進行劃分，依賴混沌變量的變化對搜索變量進行調(diào)整，混沌算法可以提升電子系統(tǒng)參數(shù)選擇的效率。尤其對于數(shù)據(jù)規(guī)模較小的系統(tǒng)來說，算法的加入效率提升很明顯。但對于數(shù)據(jù)規(guī)模較大的系統(tǒng)來說，需要優(yōu)化電力控制系統(tǒng)的參數(shù)。但可以通過縮短最優(yōu)解的搜索時間的方法降低提升效率的難度。但無論哪種方法，都與遍歷性有很大關(guān)系。

遍歷性是指在一定的范圍內(nèi)經(jīng)歷該范圍時算法的變換狀態(tài)。這種狀態(tài)的變化是有規(guī)律可循的，基于該算法的遍歷性，在對電器系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計中，通過完全搜索和混沌搜索法的運算，可以排除系統(tǒng)中的最小值，以此來優(yōu)化傳統(tǒng)搜索方式中適應(yīng)性差的問題。通過對混沌映射函數(shù)的計算，利用數(shù)學建模的方式成功的解決控制系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化問題，將函數(shù)普通變量變?yōu)榛煦缱兞浚谒惴ㄖ谢诨煦缢惴ǖ闹苯铀阉鳎黾恿讼到y(tǒng)參數(shù)選擇的科學性。

2 基于混沌算法進行控制系統(tǒng)最優(yōu)解的選擇

在參數(shù)優(yōu)化之后，通過混沌算法算出最優(yōu)解，以便實現(xiàn)電力控制系統(tǒng)的有效控制。搜索混沌變量已經(jīng)通過遍歷性實現(xiàn)了優(yōu)化，比起傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)中的隨機參數(shù)搜索歷時更短。混沌算法最優(yōu)解的選擇共分為兩個階段，首先將p(a)函數(shù)進行迭代映射，混沌變量會在軌道上進行最優(yōu)解搜索，針對電氣系統(tǒng)的最優(yōu)解目標進行特征分析，此時屬于最優(yōu)解的初級搜索，搜索得到的狀態(tài)僅僅處于滿足終止搜索條件的地步。電力控制系統(tǒng)中的控制器的結(jié)構(gòu)相對來說并不復雜，混沌算法對環(huán)境的適應(yīng)力也很強，在第一步調(diào)整的參數(shù)較少。

如圖1所示，設(shè)置足夠的搜索時間就一定可以找到控制的解答最優(yōu)化方案。求解最優(yōu)解以第一部分的最優(yōu)參數(shù)作為起點，利用混沌算法進行局部細節(jié)的搜索。算法按照準則完成計算并顯示已經(jīng)按照完成條件完成搜索，混沌變量本身也完成了附加擾動。調(diào)節(jié)控制器的自適應(yīng)系數(shù)，將轉(zhuǎn)入輸入的控制信號設(shè)置為rk，則系統(tǒng)的控制過程為rk=b(k)-b1(k)，式中k 代表混沌參數(shù)的系數(shù)，取值范圍為k＞0，控制信號是由混沌算法的關(guān)聯(lián)搜索結(jié)果轉(zhuǎn)換而來的，由于該算法的自適應(yīng)能力很強，因此在k 的調(diào)整過程中加上圖1中的HBBE 學習規(guī)則，增加控制系統(tǒng)的控制精度。

圖1 基于混沌算法的電力控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 仿真實驗

為了驗證混沌算法在電力控制系統(tǒng)中的應(yīng)用效果，設(shè)計仿真對比實驗，采用本文設(shè)計的電力控制方法與向傳統(tǒng)的故障預測電力控制方法、動態(tài)屬性智能權(quán)重電力控制方法進行比較，比較三種方法的控制精度。

3.1 實驗準備

采用混沌算法對電力系統(tǒng)進行故障恢復分析，首先對系統(tǒng)進行負載編碼，將備用供電路徑進行編碼，采用三值化編碼的方式，1代表該線路為正常狀態(tài)，可以進行正常的供電，0代表該電路沒有進行供電，處于無電狀態(tài)。2代表該電路此時沒有進行供電，但是正常的供電電路，通常情況下為備用電路。對供電電路進行編碼，先對0和1兩種非備用線路進行編碼，分為非正常負載編碼和正常負載編碼。將混沌數(shù)值編碼進行初始化處理。使用Tent 混沌映射方法，其初始化的公式為：

其中初始值的R 的取值為0～1且是隨機進行抽取，x 為系數(shù)，r 為混沌量。實驗中混沌算法的推理規(guī)則如表1。采用混沌算法進行預測在單位時間內(nèi)某支路出現(xiàn)短路故障的可能性，停用某個支路并進行線路的更新和維護，以便重新進行供電方案的制定。供電恢復的示意圖如圖2。對故障點進行維修之后，電路恢復方案按照混沌算法的應(yīng)用流程進行。

圖2 電路恢復方案示意圖

表1 混沌變量的推理規(guī)則

3.2 仿真結(jié)果與分析

經(jīng)過四次迭代結(jié)果，發(fā)現(xiàn)只需四次就能實現(xiàn)最優(yōu)解的選擇，同時可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。結(jié)果采用向量表示，為（1,1,0,2,1,1,2,1,2,2,0,0,1,0,1,2,1,2,1,2,0,0,0）。將本文方法與另兩種現(xiàn)有控制方法進行對比，對比結(jié)果如表2所示。由此可知，使用本文設(shè)計的方法進行供電恢復，線路在恢復的時候采用的開關(guān)次數(shù)只有5次，開關(guān)的次數(shù)越少供電恢復的速度越快，開關(guān)次數(shù)越多同時需要改變供電路徑的負載也更多。

表2 實驗結(jié)果

綜上，本文將混沌算法與電力控制系統(tǒng)相結(jié)合，與傳統(tǒng)的電力控制系統(tǒng)相比控制的效率提升了。但由于本文缺乏相關(guān)的時間數(shù)據(jù)，因此提出的方法過于理想化，希望在日后的研究中可以進行實踐性的分析，增加電力控制系統(tǒng)優(yōu)化的數(shù)據(jù)支撐。