混沌算法在電力控制系統中的應用

國能長源電力股份有限公司 翁 曉

隨著時代的進步，互聯網技術飛速發展，各個領域內應用到了自動化控制。尤其是電氣自動化技術的發展突飛猛進，技術的發展催生了很多電氣自動化設備，設備的應用非常廣泛。針對電氣自動化設備的應用設計的電力控制系統也逐漸完善，在電力控制系統內部出現差異或造成系統的不穩定性，因此，在進行電力控制系統設計的時候需要對設計的每個步驟都進行嚴格的把關，以保證電力設備可以被電力控制系統進行有效的控制，系統的整體性可以得到充分發揮。對系統進行優化可以增加系統控制的精確性。保證電能在輸送的過程中不出現意外，實現電能的輸送安全，并減少電能輸送的消耗量。

PID 控制器是在電力控制系統中經常使用到的控制器，PID 控制器需要在使用之前進行參數的設定，參數設定的科學性決定了系統運行的效果。因此在控制系統的優化當中，PID 控制器的參數優化控制效果，能夠決定整個控制系統的能力，對PID控制器進行合理有效的設定，能夠對電力控制系統安全性能進行保障。所以對PID 控制器參數進行制約成為了電力控制系統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完善運轉的基礎上，參數的優化可以依賴于求解并優化工程中的參數設置函數。將控制參數的設置轉變為函數的計算。通過相關的計算公式構建數學模型，用模型求解出參數的優化，以此實現電力控制系統的優化。

傳統優化方式相比較建立數學模型的方式更繁瑣，且無法保障控制的基本偏差?？紤]對象對于參數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。優化使用的算法就是優化設計技術，混沌算法可以節省過渡性計算，設計控制系統和設置設備參數中也可以使用混沌算法。傳統的電氣控制往往需要工作經驗豐富的技術人員進行專業的測算，保證不同的電力控制系統可以與不同型號的PID 控制器匹配。經驗不足的人員會因為參數設定的難度加大而變得不知所措，通過混沌算法優化PID 控制器參數調整可降低系統操作難度。

1 基于混沌算法進行控制系統參數的優化

基于混沌自身規律，對控制系統參數進行優化，可以提升最優解的獲得效率。將系統的參數進行劃分，依賴混沌變量的變化對搜索變量進行調整，混沌算法可以提升電子系統參數選擇的效率。尤其對于數據規模較小的系統來說，算法的加入效率提升很明顯。但對于數據規模較大的系統來說，需要優化電力控制系統的參數。但可以通過縮短最優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系。

遍歷性是指在一定的范圍內經歷該范圍時算法的變換狀態。這種狀態的變化是有規律可循的，基于該算法的遍歷性，在對電器系統進行優化設計中，通過完全搜索和混沌搜索法的運算，可以排除系統中的最小值，以此來優化傳統搜索方式中適應性差的問題。通過對混沌映射函數的計算，利用數學建模的方式成功的解決控制系統參數的優化問題，將函數普通變量變為混沌變量，在算法中基于混沌算法的直接搜索，增加了系統參數選擇的科學性。

2 基于混沌算法進行控制系統最優解的選擇

在參數優化之后，通過混沌算法算出最優解，以便實現電力控制系統的有效控制。搜索混沌變量已經通過遍歷性實現了優化，比起傳統的電氣系統中的隨機參數搜索歷時更短?；煦缢惴ㄗ顑灲獾倪x擇共分為兩個階段，首先將p(a)函數進行迭代映射，混沌變量會在軌道上進行最優解搜索，針對電氣系統的最優解目標進行特征分析，此時屬于最優解的初級搜索，搜索得到的狀態僅僅處于滿足終止搜索條件的地步。電力控制系統中的控制器的結構相對來說并不復雜，混沌算法對環境的適應力也很強，在第一步調整的參數較少。

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

圖1 基于混沌算法的電力控制系統結構

3 仿真實驗

為了驗證混沌算法在電力控制系統中的應用效果，設計仿真對比實驗，采用本文設計的電力控制方法與向傳統的故障預測電力控制方法、動態屬性智能權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進行故障恢復分析，首先對系統進行負載編碼，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，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。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，r 為混沌量。實驗中混沌算法的推理規則如表1。采用混沌算法進行預測在單位時間內某支路出現短路故障的可能性，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 混沌變量的推理規則

3.2 仿真結果與分析

經過四次迭代結果，發現只需四次就能實現最優解的選擇，同時可以保證系統的穩定性。結果采用向量表示，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有控制方法進行對比，對比結果如表2所示。由此可知，使用本文設計的方法進行供電恢復，線路在恢復的時候采用的開關次數只有5次，開關的次數越少供電恢復的速度越快，開關次數越多同時需要改變供電路徑的負載也更多。

表2 實驗結果

綜上，本文將混沌算法與電力控制系統相結合，與傳統的電力控制系統相比控制的效率提升了。但由于本文缺乏相關的時間數據，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，增加電力控制系統優化的數據支撐。