張夢清

（廣東電網(wǎng)公司廣州供電局，廣州510620）

0 引言

電力系統(tǒng)控制方法是保證電力系統(tǒng)高效實(shí)用的有效手段，由于電力系統(tǒng)控制節(jié)點(diǎn)具有分散性特征，要實(shí)現(xiàn)多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的控制信息融合具有一定難度，以此導(dǎo)致傳統(tǒng)方法在對電力系統(tǒng)進(jìn)行控制過程中，顯現(xiàn)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(diǎn)，傳統(tǒng)方法已經(jīng)無法滿足電力系統(tǒng)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(tǒng)控制方法，實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)故障的有效控制，為電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提供良好的環(huán)境。

1 基于蟻群散布游走算法的電力系統(tǒng)控制方法

根據(jù)電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)分布特征，建立電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)模型，并利用蟻群散布游走算法對模型進(jìn)行求解，判斷出系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)是否合理，如果不合理表示系統(tǒng)出現(xiàn)故障，對其進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)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(tǒng)控制方案的流程圖

1.1 建立電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)模型

此次研究不考慮電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移電導(dǎo)情況，則電力系統(tǒng)第i臺發(fā)電機(jī)模型為：

公式（1）中，T1表示電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)橫軸電流；T2為電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)縱軸電流；Ey為發(fā)電機(jī)縱軸電阻率；t0為發(fā)電機(jī)縱軸閉路時(shí)間常數(shù)；D為發(fā)電機(jī)開路時(shí)間常數(shù)；P為阻尼系數(shù)；L為與勵磁電壓成正比的發(fā)電機(jī)同步電抗后的電勢；H為機(jī)械功率設(shè)為常數(shù)[2]。電力系統(tǒng)滿足功率平衡，在第i個(gè)發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)，有功功率、無功功率平衡；在第i個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，有功功率與無功功率平衡，通過平衡關(guān)系形成電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型：公式（2）中，f是狀態(tài)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(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)模式是一種典型的微分-代數(shù)數(shù)學(xué)模型，微分方程可以計(jì)算出電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)狀態(tài)，代數(shù)方程可以計(jì)算出電力系統(tǒng)潮流參數(shù)狀態(tài)，得到電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓變量，以此完成電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(tǒng)結(jié)構(gòu)保持模型實(shí)際上是由一組微分-代數(shù)方程構(gòu)成的非線性控制模型，導(dǎo)致模型求解具有一定的難度[3]?？紤]到整個(gè)電力系統(tǒng)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(jìn)行求解，對電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)分布采用隨機(jī)分布的形式進(jìn)行劃分。形成電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)模型與算法之間的相互配比，結(jié)合電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)模型中節(jié)點(diǎn)分布規(guī)律，利用算法對穩(wěn)態(tài)模型中所有節(jié)點(diǎn)參數(shù)信息進(jìn)行處理與分析，為判斷電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)是否正常提供依據(jù)，達(dá)到整個(gè)電力系統(tǒng)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(gè)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(shù)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(shù)量；蟻群游走路線集合為W={r1,r2,…,rm} ，m為蟻群游走路線的數(shù)量。對于蟻群游走路線集合W中的每個(gè)元素螞蟻游走路線，都有一個(gè)始點(diǎn)一個(gè)終點(diǎn)與之對應(yīng)[4]。假設(shè)當(dāng)螞蟻位于電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型中的節(jié)點(diǎn)i，螞蟻即將到達(dá)的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)位置為節(jié)點(diǎn)j，螞蟻散布游走路線的轉(zhuǎn)移概率為P，假設(shè)給定的蟻群散布集合的集合量為F，則蟻群散布游走轉(zhuǎn)移概率P密度函數(shù)表達(dá)式為：

公式（3）中，?為蟻群散布游走集合；T為多個(gè)蟻群散布集合高斯密度函數(shù)；α為蟻群散布集合高斯混合模型的權(quán)重向量；u為蟻群散布集合高斯密度函數(shù)的均值向量；Q為協(xié)方差矩陣[5]。假設(shè)Z=( )V,K是由蟻群散布集合監(jiān)測到的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)，V是蟻群散布集合監(jiān)測到的數(shù)據(jù)K組成的集合。則Z的聯(lián)合概率密度函數(shù)可定位為：公式（4）中，φ為被估計(jì)的參量集合。當(dāng)K為連續(xù)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(shù)據(jù)的對數(shù)似然函數(shù)的期望值來實(shí)現(xiàn)對缺失數(shù)據(jù)φ的最大化[6]。通過上面的蟻群散布游走算法，對電力系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行分析。

1.3 實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)控制

設(shè)定對電力系統(tǒng)電力節(jié)點(diǎn)控制輸出原則為：

公式（5）中，Me為電力節(jié)點(diǎn)的引導(dǎo)誤差向量；Ne為常數(shù)?？刂戚敵鲈瓌t成立需滿足：

將蟻群散布集合監(jiān)測到的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)帶入到上述公式中，如果公式成立說明電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)任務(wù)分配合理；如果公式不成立，說明電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)任務(wù)分配不合理，需要執(zhí)行協(xié)調(diào)控制原則，則由公式（5）結(jié)果對電力系統(tǒng)執(zhí)行控制，以此實(shí)現(xiàn)了對電力系統(tǒng)控制。

2 對比實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)對象為兩區(qū)四機(jī)電力系統(tǒng)，盡可能與電力系統(tǒng)實(shí)踐電力環(huán)境相接近。對電力系統(tǒng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)采用此次提出方法與傳統(tǒng)方法對其進(jìn)行控制，電力系統(tǒng)參數(shù)指標(biāo)設(shè)置如表1 所示。

在實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)了五種電力系統(tǒng)故障，其中包括電力系統(tǒng)三相短路、兩相短路、單相接地短路及兩相接地短路。此次實(shí)驗(yàn)共設(shè)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(tǒng)方法用方法2 表示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。

表1 電力系統(tǒng)控制方法仿真實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

從表2 可以看出，此次提出方法對于電力系統(tǒng)故障能夠很好的控制，控制速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)方法，基本能在0.2s 內(nèi)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(tǒng)控制要求。

表2 兩種方法控制速度對比

3 結(jié)語

此次將蟻群散布游走算法應(yīng)用到電力系統(tǒng)控制中，形成一種新的控制方法。電力作為人們生活的基礎(chǔ)設(shè)施，其系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行能夠?yàn)槿祟惿顜順O大的便利，對于電力系統(tǒng)的有效控制一直是優(yōu)化系統(tǒng)全局效率所追求的目標(biāo)，此次提出方法對于該目標(biāo)實(shí)現(xiàn)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。