一种基于多目标粒子群优化算法的UPFC协调控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多目标粒子群优化算法的UPFC协调控制方法，针对UPFC多个控制器间的负交互影响，将UPFC的多个功能控制器之间的协调问题转化为多目标优化问题，具体包括：步骤一、建立含UPFC的电力系统的电路模型；步骤二、建立多个UPFC控制器的模型；步骤三、对多个UPFC控制器的模型进行多目标优化设计；步骤四、设计基于多目标粒子群算法的UPFC协调控制器，并利用它控制含UPFC的电力系统。本发明专利技术所提出的协调控制方法可以得到快速收敛并且良好分布的Pareto解集，从而有效消除控制器间的负交互影响，取得满意的控制性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统
，具体涉及一种基于多目标粒子群优化算法的UPFC协调控制方法。
技术介绍
统一潮流控制器(UPFC)是新一代的灵活交流输电装置，集多种控制功能十一身。除了基本的潮流控制、电压控制功能外，UPFC稳定控制器还能够对电力系统暂态稳定起到改善作用。但有研究结果表明，将UPFC系统当作单输入单输出(SISO)系统进行控制器设计时，即使每个控制器都能成功地单独设计，也不能保证闭环全系统的稳定性。因此，寻找一种合适的控制器设计方法来协调UPFC的多个控制功能间的负交互影响是非常必要的。协调控制的方法有很多，一般的方法是将协调控制看成是一个有约束的优化问题，通过遗传算法，进化算法等方法确定控制器的控制作用。同遗传、进化算法相比，粒子群优化算法保留了种群的全局搜索策略，而且其采用速度-位移模型操作简单，避免了复杂的遗传操作。粒子群优化(PSO)算法是1995年由美国的Kennedy和Eberhart提出的，它是一种基于启发式算法的优化技术，简单且易十实现，并已成功应用于处理多种优化问题。但实际中很多复杂问题，往往难以用单一目标进行描述，因此基于PSO算法解决多目标问题的多目标粒子群优化算法开始引起研究人员的关注。其基本思想是使用一个外部存储器(亦称“知识库”)和一种基于地理的方法，来保持有效解(Pareto最优解)的多样性，并通过群体中粒子间的合作与竟争所产生的新群体智能地指导优化搜索，得到全局Pareto解集。越来越多的研究结果表明MOPSO算法非常适合解决多目标问题，特别是在各个目标相互冲突的情况下，MOPSO算法可以找到多个目标的最优折衷解。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种基于多目标粒子群优化算法的UPFC协调控制方法，MOPOS是在POS的基础上进行的改进，其核心是如何在Pareto解集中选择具有全局极值的粒子；在标准PSO中，可以非常简单地找到具有全局极值的粒子；而在MOPSO中，由十其解为一个Pareto最优解集，每一个粒子均须从Pareto解集中选择一个Pareto最优解作为该粒子的全局最优。实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：一种基于多目标粒子群优化算法的UPFC协调控制方法，包括以下步骤：步骤一、建立含UPFC的电力系统的电路模型；步骤二、建立多个UPFC控制器的模型；步骤三、对多个UPFC控制器的模型进行多目标优化设计；步骤四、设计基于多目标粒子群算法的UPFC协调控制器，并利用它控制含UPFC的电力系统。所述步骤一中，含UPFC的电力系统的电路模型包括：UPFC和电力系统；所述UPFC包括第一逆变器、第二逆变器、与第一逆变器和第二逆变器并联的直流电容器；第一逆变器通过第一变压器ET并接入电力系统中，第二逆变器通过第二变压器BT串联入电力系统。所述多个UPFC控制器的模型包括有功潮流控制器、并联侧交流母线电压控制器、直流电容电压控制器；所述有功潮流控制器与第二逆变器电连接，有功潮流控制器用于输出信号mB调节UPCF串联侧流向电路系统线路受端的有功潮流；所述并联侧交流母线电压控制器、直流电容电压控制器均与第一逆变器相连，并联侧交流母线电压控制器用于输出信号mE调节UPFC并联侧交流母线电压(即UPFC并联侧接入电力系统处节点交流电压)，直流电容电压控制器用于输出信号δB调节直流电容器的电压；有功潮流控制器：交流电压控制器：直流电容电压控制器：其中：KPP,KPI分别为UPFC中有功潮流控制器的PI参数，KACP,KACI分别为并联侧交流母线电压控制器的PI参数，KDCP,KDCI分别为直流电容电压控制器的PI参数；Ptlref、Pt1、VEtref分别为线路传输有功、UPFC并联侧交流母线电压和直流电容电压参考值，VEt、VDCref、VDC分别为线路传输有功、UPFC并联侧交流母线电压和直流电容电压真实值。所述步骤三中，对多个UPFC控制器的模型进行多目标优化设计，具体为：3.1建立目标函数和优化参数的约束条件：目标函数为：MinFPT1(KPP,KPI,KACP,KACI,KDCP,KDCI)=∫0tsim|ΔPt1|dtFVE1(KPP,KPI,KACP,KACI,KDCP,KDCI)=∫0tsim|ΔVEt|dtFVDC(KPP,KPI,KACP,KACI,KDCP,KDCI)=∫0tsim|ΔVDC|dt]]>其中，FPT1、FVE1、FVDC分别为线路传输有功、UPFC并联侧交流母线电压信号和直流电容电压的状态方程；KPP,KPI,KACP,KACI,KDCP,KDCI分别为UPFC中有功潮流控制器、并联侧交流母线电压控制器、直流电容电压控制器的PI参数；tsim为仿真持续时间；ΔPt1、ΔVEt、ΔVDC分别为线路传输有功、UPFC并联侧交流母线电压和直流电容电压参考值与真实值的差；优化参数的约束条件为：0≤KPP≤100≤KACP≤100≤KDCP≤450≤KPI≤200≤KACI≤450≤KDCI≤25所述步骤四中，设计基于多目标粒子群算法的UPFC协调控制器，包括以下步骤：步骤4-1，初始化一个种群，随机赋予种群中每个粒子的初始位置和速度，将每个粒子赋予目标函数所对应的值，得到非占优解的粒子，求出初始适应度值，取t＝1，t代表迭代次数；步骤4-2，将步骤4-1中求得的代表非占优解的粒子存储到知识库NOD，由当前的搜索空间生成超立方体，在超立方体中，每个粒子根据其目标函数值进行坐标定位，初始化每个粒子的记忆，其中包括一个局部最优解，此记忆将指导每个粒子在搜索空间中的飞行，并存储在另一个知识库pBest中；步骤4-3，取t＝t+1，在知识库NOD中选择每个粒子i的全局最优点，首先，由任意的x除以某超立方体中所含的粒子个数，得出该超立方体的适宜值，x代表粒子的空间位置，x＞1；然后，再用转轮盘的方法从这些适宜值选择出的超立方体中，选取其中某一相应的粒子，作为粒子i的全局最优点；步骤4-4，计算每个粒子的位置与速度；步骤4-5，维持每个粒子在问题的搜索空间中；具体为：若超出该空间，则限制该粒子在搜索空间的边界，重新评估群中的每个粒子的适应度值；步骤4-6，更新知识库NOD中的内容，包括在知识库中插入所有当前的非占优解和剔除所有占优解的位置，并限制知识库NOD的大小；步骤4-7，重复步骤4-3～4-6至指定的最大迭代数，输出Pareto最优解，即求得最优的功潮流控制器、交流电压控制器、直流电容电压控制器的PI参数。所述步骤4-6中，限制知识库NOD的大小具体为：当知识库NOD存满了以后，采取保留方案的二级标准：定位在目标空间中较少粒子存在地方的粒子优先于定位在目标空间中较多粒子存在地方的粒子，从而得到分布优良的Pareto最优解，更新知识库pBest中的内容，如果粒子当前位置比知识库pBest中的记忆位置占优，那么记忆位置被更新；反之，当前的位置会被保留。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术首先将UPFC多功能控制器的协调问题转化为多目标优化问题，接着阐述了MOPSO的机理及其实现过程，并引入模糊机制从而在Pareto解集中选出最本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多目标粒子群优化算法的UPFC协调控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、建立含UPFC的电力系统的电路模型；步骤二、建立多个UPFC控制器的模型；步骤三、对多个UPFC控制器的模型进行多目标优化设计；步骤四、设计基于多目标粒子群算法的UPFC协调控制器，并利用它控制含UPFC的电力系统。

【技术特征摘要】
1.一种基于多目标粒子群优化算法的UPFC协调控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、建立含UPFC的电力系统的电路模型；步骤二、建立多个UPFC控制器的模型；步骤三、对多个UPFC控制器的模型进行多目标优化设计；步骤四、设计基于多目标粒子群算法的UPFC协调控制器，并利用它控制含UPFC的电力系统。2.根据权利要求1所述的一种基于多目标粒子群优化算法的UPFC协调控制方法，其特征在于：所述步骤一中，含UPFC的电力系统的电路模型包括：UPFC和电力系统；所述UPFC包括第一逆变器、第二逆变器、与第一逆变器和第二逆变器并联的直流电容器；第一逆变器通过第一变压器ET并接入电力系统中，第二逆变器通过第二变压器BT串联入电力系统。3.根据权利要求2所述的一种基于多目标粒子群优化算法的UPFC协调控制方法，其特征在于：所述多个UPFC控制器的模型包括有功潮流控制器、并联侧交流母线电压控制器、直流电容电压控制器；所述有功潮流控制器与第二逆变器电连接，有功潮流控制器用于输出信号mB调节UPCF串联侧流向电力系统线路受端的有功潮流；所述并联侧交流母线电压控制器、直流电容电压控制器均与第一逆变器相连，并联侧交流母线电压控制器用于输出信号mE调节UPFC并联侧交流母线电压，直流电容电压控制器用于输出信号δB调节直流电容器的电压；有功潮流控制器：交流电压控制器：直流电容电压控制器：其中：KPP,KPI分别为UPFC中有功潮流控制器的PI参数，KACP,KACI分别为并联侧交流母线电压控制器的PI参数，KDCP,KDCI分别为直流电容电压控制器的PI参数；Ptlref、Pt1、VEtref分别为线路传输有功、UPFC并联侧交流母线电压和直流电容电压参考值，VEt、VDCref、VDC分别为线路传输有功、UPFC并联侧交流母线电压和直流电容电压真实值。4.根据权利要求3所述的一种基于多目标粒子群优化算法的UPFC协调控制方法，其特征在于：所述步骤三中，对多个UPFC控制器的模型进行多目标优化设计，具体为：3.1建立目标函数和优化参数的约束条件：目标函数为：MinFPT1(KPP,KPI,KACP,KACI,KDCP,KDCI)=∫0tsim|ΔPt1|dtFVE1(KPP,KPI,KACP,KACI,KDCP,KDCI)=∫0tsim|ΔPEt|dtFVDC(KPP,KPI,KACP,KACI,KDCP,KDCI)=∫0tsim|ΔPDC|dt]]>其中，FPT1、FVE1、FVDC分别是线路传输有功...

【专利技术属性】
技术研发人员：王蒙，陆文涛，马寿虎，顾佳易，陆文伟，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32