【电路优化】基于遗传算法的33节点电力系统无功优化附MATLAB程序（matlab遗传算法优化神经网络）

【电路优化】基于遗传算法的33节点电力系统无功优化附MATLAB程序（matlab遗传算法优化神经网络）

1 简介

2 部分代码

tic %%%%%%%%%%%%%%%clc;clear all;%相关原始数据格式说明如下：%n——节点个数；n1——支路条数；isb——平衡节点号；H——PQ节点个数（为后面形成PVU存储PV节点初始电压用）；pr——误差精度。%B1——支路参数矩阵，其中第一列和第二列是起始节点编号和终点节点编号,第三列、第四列、第五列、第六列分别为：支路电阻、电抗、变压器变比、电纳。（不考虑电导）%B2——节点参数矩阵，其中第一列和第二列为节点编号和节点类型；第三列到第六列分别为：注入有功、注入无功、电压幅值、电压相位。%节点类型分类如下：“0”为平衡节点,“1”为PQ，“2”为PV节点；“3”为PQ（V）节点，“4”为PI节点。%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%数据输入：基准电压10KV，基准功率10MW %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%n=33 ; n1=32;isb=1;H=32; %%%%%%%%%%%%%18节点加DG PQV处理pr=0.0001; B1=[1 2 0.00922 0.0047i 1 0; 2 3 0.00493 0.02511i 1 0; 3 4 0.0366 0.01864i 1 0; 4 5 0.03811 0.01941i 1 0; 5 6 0.0819 0.0707i 1 0; 6 7 0.01872 0.06188i 1 0; 7 8 0.07114 0.02351i 1 0; 8 9 0.103 0.074i 1 0; 9 10 0.1044 0.074i 1 0; 10 11 0.01966 0.0065i 1 0; 11 12 0.03744 0.01238i 1 0; 12 13 0.1468 0.1155i 1 0; 13 14 0.05416 0.07129i 1 0; 14 15 0.05910 0.0526i 1 0; 15 16 0.07463 0.05450i 1 0; 16 17 0.1289 0.1721i 1 0; 17 18 0.0732 0.0574i 1 0; 2 19 0.0164 0.01565i 1 0; 19 20 0.15042 0.13554i 1 0; 20 21 0.04095 0.04784i 1 0; 21 22 0.07089 0.09373i 1 0; 3 23 0.04512 0.03083i 1 0; 23 24 0.08980 0.07091i 1 0; 24 25 0.08960 0.07011i 1 0; 6 26 0.0203 0.01034i 1 0; 26 27 0.02842 0.01447i 1 0; 27 28 0.1059 0.09337i 1 0; 28 29 0.08042 0.07006i 1 0; 29 30 0.05075 0.02585i 1 0; 30 31 0.09744 0.0963i 1 0; 31 32 0.03105 0.03619i 1 0; 32 33 0.03410 0.05302i 1 0];B2=[1 0 0 0 1.05 0; 2 1 -0.01 -0.006 1 0; 3 1 -0.009 -0.004 1 0; 4 1 -0.012 -0.008 1 0; 5 1 -0.006 -0.003 1 0; 6 1 -0.006 -0.002 1 0; 7 1 -0.02 -0.01 1 0; 8 1 -0.02 -0.01 1 0; 9 1 -0.006 -0.002 1 0; 10 1 -0.006 -0.0035 1 0; 11 1 -0.0045 -0.003 1 0; 12 1 -0.006 -0.0035 1 0; 13 1 -0.006 -0.0035 1 0; 14 1 -0.012 -0.008 1 0; 15 1 -0.006 -0.001 1 0; 16 1 -0.006 -0.002 1 0; 17 1 -0.006 -0.002 1 0; 18 3 -0.009+0.1 -0.004 1 0; 19 1 -0.009 -0.004 1 0; 20 1 -0.009 -0.004 1 0; 21 1 -0.009 -0.004 1 0; 22 1 -0.009 -0.004 1 0; 23 1 -0.009 -0.005 1 0; 24 1 -0.042 -0.02 1 0; 25 1 -0.042 -0.02 1 0; 26 1 -0.006 -0.0025 1 0; 27 1 -0.006 -0.0025 1 0; 28 1 -0.006 -0.002 1 0; 29 1 -0.012 -0.007 1 0; 30 1 -0.02 -0.06 1 0; 31 1 -0.015 -0.007 1 0; 32 1 -0.021 -0.01 1 0; 33 4 -0.006 -0.004 1 0];T=60;%仿真代数 遗传算法M=40;% 群体规模pm=0.1;pc=0.8;%交叉变异概率Ugmax=1.06;Ugmin=1.0;%参数取值范围Timax=1.1;Timin=0.9;Qcmax=0.05;Qcmin=-0.05;Vimax=1.07;Vimin=0.93;Z1=1;%Z2=1;%%惩罚因子%%%%%%%%%%%%%%%&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&*********************具体数值待定%QGmax=;QGmin=;Long=5;%单个参数字串长度，总编码长度3Lbestv=-inf;bval=round(rand(M,3*Long));%初始种群 round 四舍五入取整函数 编码后的初始种群%%%%%%%%%%%%%bestv=-inf%最优适应度初值%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%Y=zeros(n); %zeros就是生成一个全0的矩阵Times=1; %置迭代次数为初始值%创建节点导纳矩阵 电导统一为零for i=1:n1 p=B1(i,1); q=B1(i,2); Y(p,q)=Y(p,q)-1/((B1(i,3)+B1(i,4))*B1(i,5)); Y(q,p)=Y(p,q); Y(p,p)=Y(p,p)+1/(B1(i,3)+B1(i,4))+0.5*B1(i,6);%低压侧不变 Y(q,q)=Y(q,q)+1/((B1(i,3)+B1(i,4))*B1(i,5)^2)+0.5*B1(i,6);%高压侧阻抗乘以变比平方 输入时注意低压侧在前end%disp('节点导纳矩阵：') ;Y;G=real(Y);B=imag(Y);OrgS=zeros(2*n-2,1);DetaS=zeros(2*n-2,1); %将OrgS、DetaS初始化%创建OrgS，用于存储初始功率参数Q=0;PQV=0;x=1.655; %%%x1=6.7,x2=9.85,x=x1+x2；其中x1为定子漏抗，x2为转子漏抗xp=18.8; %%%xc=,xm=,xp=xc*xm/(xc-xm)；其中xc为机端并联电容器电抗，xm为激磁电抗h=0;for i=1:n %对PQ(V)节点的处理 h=h+1; if i~=isb&&B2(i,2)==3 Q(i)=-(B2(i,5))^2/xp+(-(B2(i,5))^2+sqrt((B2(i,5))^4-4*(B2(i,3))^2*x^2))/2*x; B2(i,4)=Q(i); B2(i,2)=1; PQV=h; end end %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%Ig=0.01;Q=0;PI=0;h=0;for i=1:n %对PI节点的处理 h=h+1; if i~=isb&&B2(i,2)==4 Q(i)=sqrt(Ig^2*((B2(i,5))^2)-B(i,3)^2); %e=B2(i,5)，f=0，e^2+f^2=B2(i,5))^2，其中e和f为光伏发电系统接入节点电压的实部和虚部 B2(i,4)=Q(i); B2(i,2)=1; PI=h; end end%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%h=0;j=0;for i=1:n %对PQ节点的处理 if i~=isb&&B2(i,2)==1 h=h+1; for j=1:n OrgS(2*h-1,1)=OrgS(2*h-1,1)+B2(i,5)*(G(i,j)*B2(j,5)-B(i,j)*B2(j,6))+B2(i,6)*(G(i,j)*B2(j,6)+B(i,j)*B2(j,5)); %Pi 书P57页11-45 OrgS(2*h,1)=OrgS(2*h,1)+B2(i,6)*(G(i,j)*B2(j,5)-B(i,j)*B2(j,6))-B2(i,5)*(G(i,j)*B2(j,6)+B(i,j)*B2(j,5)); %Qi 同上 end endendfor i=1:n %对PV节点的处理 if i~=isb&&B2(i,2)==2 h=h+1; for j=1:n OrgS(2*h-1,1)=OrgS(2*h-1,1)+ B2(i,5)*(G(i,j)*B2(j,5)-B(i,j)*B2(j,6))+B2(i,6)*(G(i,j)*B2(j,6)+B(i,j)*B2(j,5)); %同上 OrgS(2*h,1)=OrgS(2*h,1)+ B2(i,6)*(G(i,j)*B2(j,5)-B(i,j)*B2(j,6))-B2(i,5)*(G(i,j)*B2(j,6)+B(i,j)*B2(j,5)); %同上 end endend%disp('PQ、PV节点初始计算值：') ; %用所给参数计算出的初始PQ、PV节点参数OrgS;%创建PVU 用于存储PV节点的初始电压PVU=zeros(n-H-1,2);t=0;for i=1:n if B2(i,2)==2 t=t+1; PVU(t,1)=B2(i,5); PVU(t,2)=B2(i,6); endend%disp('PV节点初始值:电压、相位ei、fi：') ; PVU;%创建DetaS，用于存储有功功率、无功功率和电压幅值的不平衡量 书p58 11-46和11-47h=0;for i=1:n %对PQ节点的处理 if i~=isb&&B2(i,2)==1 h=h+1; DetaS(2*h-1,1)=B2(i,3)-OrgS(2*h-1,1); DetaS(2*h,1)=B2(i,4)-OrgS(2*h,1); endendt=0;for i=1:n %对PV节点的处理 if i~=isb&&B2(i,2)==2 h=h+1; t=t+1; DetaS(2*h-1,1)=B2(i,3)-OrgS(2*h-1,1); DetaS(2*h,1)=PVU(t,1)^2+PVU(t,2)^2-B2(i,5)^2-B2(i,6)^2; endend%disp('P、Q、V不平衡量：') ;DetaS;%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%创建I，用于存储节点电流参数（计算雅克比矩阵用 具体见纸板公式推导）I=zeros(n-1,1);h=0;for i=1:n if i~=isb h=h+1; I(h,1)=(OrgS(2*h-1,1)-OrgS(2*h,1)*sqrt(-1))/conj(B2(i,5)+B2(i,6)*sqrt(-1)); end endI;%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%创建Jacbi(雅可比矩阵) 各元素是书中各元素求法乘个-1 所以△W=J△VJacbi=zeros(2*n-2);h=0;k=0;for i=1:n %对PQ节点的处理 if B2(i,2)==1 h=h+1; for j=1:n if j~=isb k=k+1; if i==j %对角元素的处理 Jacbi(2*h-1,2*k-1)=-B(i,j)*B2(i,5)+G(i,j)*B2(i,6)+imag(I(h,1)); Jacbi(2*h-1,2*k)=G(i,j)*B2(i,5)+B(i,j)*B2(i,6)+real(I(h,1)); Jacbi(2*h,2*k-1)=-Jacbi(2*h-1,2*k)+2*real(I(h,1)); Jacbi(2*h,2*k)=Jacbi(2*h-1,2*k-1)-2*imag(I(h,1)); else %非对角元素的处理 Jacbi(2*h-1,2*k-1)=-B(i,j)*B2(i,5)+G(i,j)*B2(i,6); Jacbi(2*h-1,2*k)=G(i,j)*B2(i,5)+B(i,j)*B2(i,6); Jacbi(2*h,2*k-1)=-Jacbi(2*h-1,2*k); Jacbi(2*h,2*k)=Jacbi(2*h-1,2*k-1); end if k==(n-1) %将用于内循环的指针置于初始值，以确保雅可比矩阵换行 k=0; end end end endendk=0;for i=1:n %对PV节点的处理 if B2(i,2)==2 h=h+1; for j=1:n if j~=isb k=k+1; if i==j %对角元素的处理 Jacbi(2*h-1,2*k-1)= -B(i,j)*B2(i,5)+G(i,j)*B2(i,6)+imag(I(h,1)); Jacbi(2*h-1,2*k)= G(i,j)*B2(i,5)+B(i,j)*B2(i,6)+real(I(h,1)); Jacbi(2*h,2*k-1)=2*B2(i,6); Jacbi(2*h,2*k)=2*B2(i,5); else %非对角元素的处理 Jacbi(2*h-1,2*k-1)= -B(i,j)*B2(i,5)+G(i,j)*B2(i,6); Jacbi(2*h-1,2*k)= G(i,j)*B2(i,5)+B(i,j)*B2(i,6); Jacbi(2*h,2*k-1)=0; Jacbi(2*h,2*k)=0; end if k==(n-1) %将用于内循环的指针置于初始值，以确保雅可比矩阵换行 k=0; end end end endend%disp('雅克比矩阵为：') ;Jacbi; %列参数跟书上的相反 这里面第一列是对电压相位的偏导 第二列是对幅值的偏导%求解修正方程，获取节点电压的不平衡量DetaU=zeros(2*n-2,1);DetaU=Jacbi\DetaS; %disp('求解修正方程得：') ;DetaU;%修正节点电压j=0;for i=1:n %对PQ节点处理 if B2(i,2)==1 j=j+1; B2(i,5)=B2(i,5)+DetaU(2*j,1); B2(i,6)=B2(i,6)+DetaU(2*j-1,1); endendfor i=1:n %对PV节点的处理 if B2(i,2)==2 j=j+1; B2(i,5)=B2(i,5)+DetaU(2*j,1); B2(i,6)=B2(i,6)+DetaU(2*j-1,1); endendfor i=1:n %对PQ(V)节点的处理 if i==PQV B2(i,2)=3; endendfor i=1:n %对PI节点的处理 if i==PI B2(i,2)=4; endend%disp('修正后的B2阵：') ;B2;%开始循环**********************************************************************while max(abs(DetaU))>pr%先取绝对值在找出最大值来与误差精度比较for i=1:n %对PQ(V)节点的处理 if i~=isb&&B2(i,2)==3 Q(i)=-(B2(i,5))^2/xp+(-(B2(i,5))^2+sqrt((B2(i,5))^4-4*(B2(i,3))^2*x^2))/2*x; B2(i,4)=Q(i); end if B2(i,2)==3 B2(i,2)=1; endendfor i=1:n %对PI节点的处理 if i~=isb&&B2(i,2)==4 Q(i)=sqrt(Ig^2*((B2(i,5))^2)-B(i,3)^2); B2(i,4)=Q(i); end if B2(i,2)==4 B2(i,2)=1; endendOrgS=zeros(2*n-2,1); h=0;j=0;end bval(M,:)=bvalxx;%最优保留%位点变异mm=rand(M,3*Long)

3 仿真结果

4 参考文献

[1]李文峰. 基于遗传算法的电力系统无功优化[J]. 电气开关, 2014, 52(4):3.

博主简介：擅长智能优化算法、神经网络预测、信号处理、元胞自动机、图像处理、路径规划、无人机等多种领域的Matlab仿真，相关matlab代码问题可私信交流。

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