基于混沌搜索策略蝙蝠算法的输电网规划.pdf

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第43卷第15期2015年8月1日电力系统保护与控制PowerSystemProtectionandControlv01.43No.15Aug.1,2015基于混沌搜索策略蝙蝠算法的输电网规划马迎东,王文栋,温强(1.神华福能发电有限责任公司,福建泉州362000;2.长春市双阳区供电有限责任公司,吉林长春130000)摘要:针对输电网规划求解中存在变量多、维数高、约束条件复杂等导致难以求得全局最优解的问题,将蝙蝠算法应用于输电网规划求解当中。为避免原算法精度低、易陷入局部最优的缺点,提出在原算法基础上,通过逻辑自映射函数产生混沌序列对蝙蝠前%适应度最优个体进行混沌优化,并建立计及线路建设费用、网损费用、输电Ⅳ线路走廊建设费用、及AL1约束条件下的过负荷惩罚费用为目标函数的输电网规划模型。最终通过Matlab软件对IEEE.18和巴西南部46节点标准算例编程计算,结果验证了新算法在求解大维度输电网规划模型的可行性及高效性。关键词:输电网规划;蝙蝠算法;逻辑自映射;混沌搜索TransmissionnetworkplanningbasedonbatalgorithmwithchaoticsearchstrategyMAYingdong,WANGWendong,WENQiang(1.ShenhuaFunengPowerGenerationCo.,Ltd.,Quanzhou362000,China;2.ChangchunShuangyangPowerSupplyCo.,Ltd.,Changchun130000,China)Abstract:Inallusiontodiificulttoobtaintheglobaloptimalsolutionsduetotheproblemsofmuchvariables,highdimensionsandsophisticatedconditionsinsolvingtransmissionnetworkplanning,batalgorithmisapplied.Themodifiedbatalgorithmisproposedtosolvelowprecisionandlocaloptimalsolutionoforiginalalgorithmthroughoptimizationofthefitnessoptimalindividualsofbatfirst%fitnessbychaoticsequencesgeneratedbyself-logicalfunction.Powernetworkplanningmodelisdesignedandconstructedwhichtakeslineinvestmentcost,overloadcostofnormaloperation,Ⅳtransmissionco ̄idorcost.andNandl_1overloadpenaltycostconstraintsasobjectives.BytestingnodeIEEE-18andSouthernBrasilian46-bussystemwithMatlab,theresultsshowthatthenewmethodisfeasibleandefficienttosolvetransmissionmodeloflargedimensionpowertransmissiongrid.Keywords:transmissionnetworkplanning;batalgorithm;self-logicalmap;chaossearch中图分类号:TM715文献标识码:A文章编号:1674-3415(2015)15.0017.050引言随着国民经济迅速发展,工、农、商业对电能的需求量提出了更高的要求,电力工业只能不断地扩大电力系统建设规模。但在建设之前需要考虑众多因素,方可做出合理的电力系统规划。输电网规划作为电力系统规划的重要组成部分,最优的规划结果更是规划成败的关键,如果不合理的规划,势必造成能源的浪费,经济的损失。因此,输电网规问题求解一直是国内外电力系统研究的重点及热点。输电网规划数学模型根据侧重点不同而存在差别,包括:输电网建设成本、剩余输电容量、输电阻塞成本、切负荷损失等。上述模型虽然推陈出新,但至今却没有一个数学模型得到公认,因此本文选取认可度较高的经济型模型作为规划模型,即考虑一次性建设费用、过负荷费用、运行费用,同时将Ⅳ-_l准则作为约束条件建立输电网规划模型,模型中各变量将在规划模型部分详细说明。输电网规划问题具有维数高、变量多等特点,常规数学规划方法很难求得最优解。因此,近些年,智能优化算法得到广泛应用。文献『1.1O]分别将蛙跳、猴群、差分、和声、人工蜂群、类电磁机制、遗传、粒子群等算法进行改进,最终快速、准确地求得了最优方案。本文介绍一种结构简洁、易于实现的新型智能.18.电力系统保护与控制——”优化算法蝙蝠算法(BA),与其他基本算法一样,BA算法同样存在求解大维数问题过程中,精度不高、易陷入局部最优解的缺点。为避免此类问题出现,引入一种混沌优化方法,一方面可以提高算法的精度,另一方面可以增加群体多样性,避免陷入局部最优解。算例结果表明新算法具有强大的搜索及适应能力。1输电网规划模型以新建线路投资费用、输电走廊建设费用、网损耗费用、正常及N一1运行时过负荷惩罚费用为最小的目标函数,其输电网规划模型如下。∑∑∑minf=x++k3w+k4w+alwili(1)1f=1EⅣJ约束:B8+=PoIB,AOIPm≤0Ximax∑W=(1eI一)∈fN一1约束:B~0+=IBIA~0l<=∑(一)『E(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)式中:.厂为规划年建设费用;k.为建设费用单价;C为第条新扩建线路的长度;X为待选线路的回路数;k,为网络损耗费用系数;为支路f的电阻;为流过支路i的有功功率;e为JV约束下支路mⅣ功率矢量;为过负荷费用惩罚系数;W为约束下各支路过负荷量的总和;k4为过负荷费用惩罚系’数;w为N一1约束下各支路过负荷量的总和;B、ⅣB、0、PL、Po、A分别为约束下系统节点导纳矩阵、支路导纳矩阵、节点电压相角矢量、负荷矢量、发电机出力矢量、系统关联矩阵;为走廊f新增线路的上限;a为输电走廊单位面积费用:W为走廊宽度;It为走廊长度;为过负荷线路集合;’’为扩建线路集合;、BI、0、、、’分别为N一1约束下系统节点导纳矩阵、支路导纳矩阵、节点电压相角矢量、负荷矢量、发电机出’力矢量、系统关联矩阵;为N一1约束下流过支路f的有功功率;为N一1约束下支路的功率矢量;为N一1约束下过负荷线路集。2基于混沌搜索策略的蝙蝠算法2.1蝙蝠算法概述—蝙蝠算法是2010年由剑桥大学学者Xinsheyang提出的,模拟蝙蝠在觅食过程中通过声呐对猎物进行探测及躲避障碍物。算法由n只蝙蝠组成蝙蝠群体,并给出在飞行过程中不断更新速度、位置的公式为=fmi+【fm一fm(9)Vt=V(X)(10)t=+v(11)式中:、Ⅲ、厂分别表示第只蝙蝠在当前时刻发出的声波频率、声波频率的最大值和最小值;“v和分别为在J[)维搜索空间下蝙蝠群体中第只个体在第t次更新后的速度和位置;为服从【0,l1均匀分布的随机变量;砥为当前最优位置。由于蝙蝠在寻找猎物初始阶段,搜索空问较大,为提高搜索速度,设定蝙蝠初始阶段发出声波强度大而速率小,一旦锁定猎物,就逐渐减低声波强度、增加发声速率,以利于精确、快速定位猎物的空问位置,发声强度及发声速率表达公式为=(12)=r/I1一exp(一・f)I(13)式中:、分别表示为第只蝙蝠在f+1和代“’发射声波强度;ri、re。分别表示第f只蝙蝠在f代时声波发射速率及最大声波发射频率;、分别为声波强度衰减系数及声波发射速率增加系数。局部搜索更新策略,是从当前最优解中随机选中一个解,对每一只蝙蝠位置进行更新。Xn。=Xold+EA(14)∈式中:£卜1,1]的一个随机数;为蝙蝠群体在同一时刻的平均声波强度。2.2混沌优化策略在进化过程中,由于所有蝙蝠群体朝着最优解方向靠近,导致群体失去多样化,一旦陷入局部最优,将无法跳出,因此采用具有良好搜索机制的混沌优化策略对前%适应度最优个体进行混沌优化。混沌优化是利用混沌运动的随机性、遍历性以及对初值敏感的特性来提高随机优化算法的效率,其主要思想是将优化变量通过混沌映射规则映射到混沌变量空间的取值区间内,利用混沌变量的遍历性和随机性寻优搜索,最后将获得的优化解线性转化到优化空间Ll引。马迎东,等基于混沌搜索策略蝙蝠算法的输电网规划一19.文中采用逻辑自映射函数来产生混沌序列,其数学表达式为川1dl一2×,d…n=0,1,,.∈(一1.1)(15)根据逻辑自映射函数的性质,首先将蝙蝠位置的每一维映射到[__l,1】上,其表达公式为—Lid=2(ylda口1}口一ald1一、…d=1,2,,D(16)然后通过式(16)进行载波操作,将混沌变量加载于待搜索的个体变量,得到混沌算子操作后的新个体,并通过式(17)将其进行转换到原来的解空间进行判别,转换公式为Xid=×(一aid)XLid+×(一)r】7、…d=1,2,,D在搜索过程中,一旦搜索到更优解,则替代原蝙蝠位置,否则直至更新到预先设定好的搜索次数。其中a、bid分别表示蝙蝠f在第d维变量的搜索上下界。2.3混沌蝙蝠算法流程因输电网规划为整数规划问题,即待选线路只能建设或者不建设,因此需要对蝙蝠位置进行离散化处理,表达式为)={(18)根据本文提出的改进算法及输电网规划问题特点,制定算法流程如下:步骤1设置参数:种群个数,声波频率范围[、]、最大声波发射频率。、最小声波强度、声波强度衰减系数及声波发射速率增加系数、混沌搜索迭代次数、最大迭代次数G,随机生成初始种群;步骤2式(18)离散初始蝙蝠种群位置,由算例原始参数及蝙蝠初始位置形成初始输电网网络框架,通过规划模型目标函数及准则约束条件计算蝙蝠种群各蝙蝠位置适应度,找到当前全局最优蝙蝠位置矗;步骤3初始化蝙蝠发声频率,并根据式f9)~式(11)更新速度和位置。步骤4随机生成randl,rand1,通过式(14)进行蝙蝠群体局部更新,否则随机将生成一个全新解;步骤5随机生成rand2,rand2<A且新解通过式(18)离散后优于全局最优解溉,则接受新解,否则不做更新;步骤6若步骤5条件满足,则通过式(12)、式(13)更新、,否则将跳过本步骤;步骤7选取,2%适应度最优个体进行混沌优化,当满足混沌搜索结束条件且达到最大迭代次数G,则进入步骤8,否则转到步骤2;步骤8输出全局极值点和最优个体值。3算例分析BA算法更新策略与粒子群算法相类似。因止E。选取在输电网规划方面的最新的改进粒子群算法,对本文规划模型进行编程求解,具体改进方法参照文献[131。最后通过PSO、BA与CAB三者进行性能分析比较。3.1算例1采用CAB算法对IEEE.18节点算例【14]反复试验,最终获得适用于IEEE.18节点的各参数为:种群个数=25,声波频率范围【0,1],最大声波发射频率r。=0.75,最小声波强度A=0.25,声波强度衰减系数=0.95及声波发射速率增加系数=0.05,混沌搜索迭代次数K=50,最大迭代次数G=200,参照文献[8】输电线路走廊的单位面积费用ai=1,输电线路走廊占地的宽度为一回线时,wi=48.27m,每增加一回线,走廊占地宽度增加20m。根据编程计算,最终最优方案为表1。输电线路建设费用为47325万元,新建输电走廊占地费用为16545.44万元。与文献[4]对比规划方案完全一致,验证了算法的正确性及可行性。表1规划方案Table1Topologyaftercalculation输电走新增回输电走新增回输电走新增回廊序号路数廊序号路数廊序号路数1.111—7131l1.121—4161—715l12.13l5.1218.9114.1526-1419.1O216.1717.8l1O.181—l7181为验证算法优越性,BA算法参数与CBA一致。寻优效果图见图1。为了减少随机性对算法影响,在种群规模相同的原则下,分别对三种算法进行50次运算,结果比较见表2。通过图1寻优路径及表2数据,可以看出CBA马迎东,等基于混沌搜索策略蝙蝠算法的输电网规划.21.CaJ[4][5][6][7][8]University,2010,43(9):798-803.聂宏展,郑鹏飞,于婷,等.基于多策略差分进化算法的输电网规划[J].电工电能新技术,2013,32(1):13-18.NIEHongzhan,ZHENGPeng 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一夕落阳
该用户很懒,什么也没介绍
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