一种基于DNA模糊遗传算法的PSS参数整定方法技术

本发明专利技术公开了一种基于DNA模糊遗传算法的PSS参数整定方法，涉及发电机励磁系统PSS参数整定技术领域。所述基于DNA模糊遗传算法的PSS参数整定方法，以系统阻尼比最大和PSS补偿相位最优为目标，对待整定的PSS参数进行DNA编码，并在此基础上对种群的个体进行遗传操作；将模糊控制理论与DNA遗传算法相结合，根据算法的进化情况对交叉率、变异率和倒位操作率进行在线调整，有效提高了算法的收敛速度和计算精度；本发明专利技术的DNA模糊遗传算法在进行PSS参数整定时，与一般遗传算法相比，计算精度高，收敛速度快，种群多样性丰富，对于PSS参数整定这种多约束、非线性的复杂实际问题有着很好的适用性。

A PSS parameter tuning method based on DNA fuzzy genetic algorithm

The invention discloses a PSS parameter tuning method based on DNA fuzzy genetic algorithm, which involves the technical field of PSS parameter tuning of the generator excitation system. The PSS parameters of the DNA fuzzy tuning method based on genetic algorithm, the maximum damping ratio of the system and PSS phase compensation for the goal of optimal tuning of PSS parameters, with DNA encoding, and on the basis of population genetic operation; fuzzy control theory and DNA genetic algorithms combined, according to the evolutionary situation the algorithm carries on the on-line adjustment of crossover rate and mutation rate and inversion operation rate, effectively improve the convergence speed and accuracy of the algorithm; the invention of the DNA fuzzy genetic algorithm in PSS parameter setting, compared with general genetic algorithm, calculation of high precision, fast convergence speed, species diversity, complex and practical the problem for PSS parameter tuning this multi constraint and nonlinear has very good applicability.

【技术实现步骤摘要】
一种基于DNA模糊遗传算法的PSS参数整定方法
本专利技术属于发电机励磁系统PSS参数整定
，尤其涉及一种基于DNA模糊遗传算法的PSS参数整定方法。
技术介绍
电力系统稳定器PSS(PowerSystemStabilizer)是抑制低频振荡最有效最经济的手段，而PSS能否有效抑制低频振荡，关键是如何合理地配置或选定PSS参数。一般现场整定方法是采用逐次逼近的方法，即不断调整PSS的超前滞后时间常数，使励磁系统的滞后相位与PSS的补偿相位在标准规定的范围内，这种方法过多依赖试验人员的现场经验，效率较低且整定的PSS参数实际抑制低频振荡的效果不一定最优，因此将PSS参数整定归结为优化问题并采用优化算法求解可有效弥补传统方法的不足。在数学上，PSS参数整定方法是典型的非线性规划问题，具有非线性、多变量多约束等特点。遗传算法是一种全局优化方法，可有效求解PSS参数整定问题，但常规遗传算法的二进制编码方式不能表达丰富的遗传信息，且在进化过程中，交叉率和变异率是固定的，导致在求解多变量优化问题时，效率不高。因此，要解决传统PSS参数整定方法的不足，将PSS参数整定问题归结优化问题，建立相应的数学模型并进行求解是一个行之有效的方法。然而遗传算法在求解PSS参数整定问题上具有一定的缺陷，因此找到一种算法能够快速、精确、高效地收敛到最优解一直是一个技术难题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于DNA模糊遗传算法的PSS参数整定方法，有效解决传统PSS参数整定方法的不足，以及现有遗传算法在求解PSS参数整定问题的缺陷。本专利技术是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种基于DNA模糊遗传算法的PSS参数整定方法，包括以下几个步骤：(1)以系统阻尼比最大和PSS补偿相位最优为目标，考虑控制变量约束以及PSS输出力矩向量在0.2Hz～2.0Hz频率范围内滞后Δω轴的角度约束，建立PSS参数整定模型；(2)根据DNA遗传算法的染色体编码与解码规则，对PSS超前滞后时间及增益等参数进行编码，随机产生初始DNA种群；(3)求解种群的适应度函数值，得到种群的最大适应度函数值和平均适应度函数值；(4)确定交叉率、变异率和倒位率模糊控制规则，由此确定交叉率、变异率和倒位率的变化率，进行遗传算法操作，更新种群；(5)判断是否满足最大迭代次数？满足则输出最优解；否则返回步骤(3)，所输出的最优解即为整定后的PSS参数。与现有技术相比，本专利技术所提供的基于DNA模糊遗传算法的PSS参数整定方法，以系统阻尼比最大和PSS补偿相位最优为目标，对待整定的PSS参数进行DNA编码，并在此基础上对种群的个体进行遗传操作；将模糊控制理论与DNA遗传算法相结合，根据算法的进化情况对交叉率、变异率和倒位操作率进行在线调整，有效提高了算法的收敛速度和计算精度；本专利技术的DNA模糊遗传算法在进行PSS参数整定时，与一般遗传算法相比，计算精度高，收敛速度快，种群多样性丰富，对于PSS参数整定这种多约束、非线性的复杂实际问题有着很好的适用性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术基于DNA模糊遗传算法的PSS参数整定方法的流程图；图2是本专利技术传统遗传算法和DNA-FGA算法的PSS整定结果对比图；图3是本专利技术励磁扰动的有功功率响应曲线图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术所提供的一种基于DNA模糊遗传算法的PSS参数整定方法，包括以下几个步骤：(1)以系统阻尼比最大和PSS补偿相位最优为目标函数，考虑控制变量约束以及PSS输出力矩向量在0.2Hz～2.0Hz频率范围内滞后Δω轴的角度约束，建立PSS参数整定模型。系统阻尼比最大和PSS补偿相位最优的目标函数采用式(1)表示：式中：f1为阻尼比的计算公式，N为阻尼比的计算周期数；P1、P2、P2N+1、P2N+2分别为有功振荡曲线上第一个、第二个、第(2N+1)个和第(2N+2)个功率峰值，单位为MW；f2表示阻尼转矩ΔTe与Δω的相位差，为励磁系统滞后相频特性(由现场实测得到)，为PSS补偿相位，fi为第i个频率点。控制变量约束为：式中：T1.max、T1.min、T2.max、T2.min、T3.max、T3.min、T4.max、T4.min和KS1.max、KS1.min分别为PSS超前-滞后环节时间常数T1的上限和下限、时间常数T2的上限和下限、时间常数T3的上限和下限、时间常数T4的上限和下限，PSS增益KS1的上限和下限。PSS输出力矩向量在0.2Hz～2.0Hz频率范围内滞后Δω轴的角度约束为：式中：分别取-80°和-135°。(2)根据DNA遗传算法的染色体编码与解码规则，对PSS超前滞后时间及增益等参数进行编码，随机产生初始DNA种群。染色体编码与解码规则为：采用A、G、C、T四种碱基对控制变量进行编码形成DNA链，将DNA链解码为一个十进制向量，然后根据各个控制变量的取值上下限，将该十进制向量转换成问题对应的解。解码后的DNA链X用下式表示：X＝[T1，T2，T3，T4，KS1](4)式中：T1，T2，T3，T4分别为PSS超前-滞后环节时间常数，KS1为PSS增益。(3)求解种群的适应度函数值，得到种群的最大适应度函数值和平均适应度函数值。对于约束条件式(2)、式(3)，PSS超前滞后时间常数以及PSS输出力矩向量在0.2Hz～2.0Hz频率范围内滞后Δω轴的角度约束以罚函数的形式进行处理，则得到种群的适应度函数表示为：式中：右端第一项为阻尼比，第二项为PSS相位补偿角度，第三项为PSS超前滞后时间常数越限的惩罚项，第四项为相位合成角度越限的惩罚项；w1、w2分别为权重因子；β1、β2分别为惩罚因子；Ti、Timax与Timin分别为PSS超前滞后时间Ti的整定值及上下限；为励磁系统滞后相频特性，为PSS补偿相位，φmax、φmin分别为最大、最小相位合成角度；Tilim与分别为PSS超前滞后时间和PSS输出力矩向量滞后Δω轴角度的上限或下限，视其为越上限还是越下限而定。(4)确定交叉率、变异率和倒位率模糊控制规则，由此确定交叉率、变异率和倒位率的变化率，进行遗传算法操作，更新种群。交叉率修正量的模糊化方法为：交叉率修正量ΔPc按-0.1、-0.05、0、0.05、0.1分为5级，则论域K1＝{-2，-1，0，1，2}，ΔPc在论域K1的模糊集为{负大(NB)，负小(NS)，零(Z)，正小(PS)，正大(PB)}，其隶属度函数定义如表1：表1△Pc的模糊隶属度函数种群个体的最大适应度值和种群的平均适应度值来确定交叉率修正量ΔPc，由表1可得ΔPc的模糊控制规则，如表2所示：表2△Pc的模糊控制规则表变异率修正量的模糊本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于DNA模糊遗传算法的PSS参数整定方法，其特征在于，包括以下几个步骤：(1)以系统阻尼比最大和PSS补偿相位最优为目标，考虑控制变量约束以及PSS输出力矩向量在0.2Hz～2.0Hz频率范围内滞后Δω轴的角度约束，建立PSS参数整定模型；(2)根据DNA遗传算法的染色体编码与解码规则，对PSS超前滞后时间及增益进行编码，随机产生初始DNA种群；(3)求解种群的适应度函数值，得到种群的最大适应度函数值和平均适应度函数值；(4)确定交叉率、变异率和倒位率模糊控制规则，由此确定交叉率、变异率和倒位率的变化率，进行遗传算法操作，更新种群；(5)判断是否满足最大迭代次数？满足则输出最优解；否则返回步骤(3)，所输出的最优解即为整定后的PSS参数。

【技术特征摘要】
1.一种基于DNA模糊遗传算法的PSS参数整定方法，其特征在于，包括以下几个步骤：(1)以系统阻尼比最大和PSS补偿相位最优为目标，考虑控制变量约束以及PSS输出力矩向量在0.2Hz～2.0Hz频率范围内滞后Δω轴的角度约束，建立PSS参数整定模型；(2)根据DNA遗传算法的染色体编码与解码规则，对PSS超前滞后时间及增益进行编码，随机产生初始DNA种群；(3)求解种群的适应度函数值，得到种群的最大适应度函数值和平均适应度函数值；(4)确定交叉率、变异率和倒位率模糊控制规则，由此确定交叉率、变异率和倒位率的变化率，进行遗传算法操作，更新种群；(5)判断是否满足最大迭代次数？满足则输出最优解；否则返回步骤(3)，所输出的最优解即为整定后的PSS参数。2.如权利要求1所述的基于DNA模糊遗传算法的PSS参数整定方法，其特征在于，所述步骤(1)以阻尼比最大和PSS补偿相位最优的目标函数表达式为：min(F)＝min(-f1,f2)式中：f1为阻尼比的计算公式，N为阻尼比的计算周期数；P1、P2、P2N+1、P2N+2分别为有功振荡曲线上第一个、第二个、第2N+1个和第2N+2个功率峰值，单位为MW；f2表示阻尼转矩ΔTe与Δω的相位差，为励磁系统滞后相频特性，为PSS补偿相位，fi为第i个频率点。3.如权利要求1所述的基于DNA模糊遗传算法的PSS参数整定方法，其特征在于，所述步骤(1)的控制变量约束为：T1.min≤T1≤T1.maxT2.min≤T2≤T2.maxT3.min≤T3≤T3.maxT4.min≤T4≤T4.maxKS1.min≤KS1≤KS1.max式中：T1.max、T1.min、T2.max、T2.min、T3.max、T3.min、T4.max、T4.min和KS1.max、KS1.min分别为PSS超前-滞后环节时间常数T1的上限和下限、时间常数T2的上限和下限、时间常数T3的上限和下限、时间常数T4的上限和下限，PSS增益KS1的上限和下限。4.如权利要求1所述的基于DNA模糊遗传算法的电PSS参数整定方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘光时，孙志媛，窦骞，梁水莹，刘默斯，王晓明，丘浩，张翌晖，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广西,45