Содержание к диссертации
Введение
1. Автоматические регуляторы возбуждения отечественного производства 12
1.1. Моделирование АРВ генераторов 12
1.2. Разработка цифровой модели регулятора возбуждения АРВ-М и ее верификация 15
1.3. Обзор методов настройки АРВ отечественного производства 24
1.4. Выбор настроек АРВ на основе применения программы «Область» 25
1.5. Выбор настроек АРВ на основе применения программы «ПОИСК» 27
2. Автоматические регуляторы возбуждения зарубежного производства и методы их настройки 30
2.1. Структура АРВ зарубежного производства и его особенности 30
2.2. Разработка цифровой модели DECS-400 и ее верификация 33
2.3. Типы системных стабилизаторов зарубежного производства 39
2.4. Традиционная настройка регулятора напряжения 46
2.5. Концепция настройки системного стабилизатора 49
2.6. Традиционная методика настройки системного стабилизатора 52
3. Применение модальных методов для анализа свойств энергосистем . 57
3.1. Модальные характеристики 57
3.2. Методика определения мест установки АРВ-СД (системных стабилизаторов) 59
3.3. Алгоритм идентификации группы когерентных генераторов 61
3.3.1. Подтверждение достоверности результатов работы алгоритма идентификации когерентных генераторов 69
3.4. Применение методов модального анализа в цифровых моделях больших и сверхбольших энергосистем 73
3.5. Разработка программно-вычислительного комплекса «Модальный анализ» 76
4. Оптимизация настроек АРВ генераторов на основе применения генетических алгоритмов 81
4.1. Сравнение генетических алгоритмов и традиционных методов оптимизации 83
4.2. Структура классического генетического алгоритма 87
4.3. Кодирование параметров задачи в генетическом алгоритме 92
4.4. Координация настроек автоматических регуляторов возбуждения генераторов на основе применения генетического алгоритма 93
4.4.1. Применение целевой функции на основе вычисления собственных чисел системы 95
4.4.2. Применение целевой функции на основе интегральных значений качества переходных процессов 97
5 Практическое применение генетического алгоритма и методов модального анализа для повышения уровней колебательной устойчивости энергообъединений 99
5.1. Разработка тестовой цифровой модели энергообъединения 99
5.2. Линеаризация и импорт модели энергосистемы в среду ПО «Модальный анализ», определение доминирующих частот энергообъединения 106
5.3. Идентификация когерентных генераторов и вычисление коэффициентов участия для доминирующих частот 112
5.4. Определение мест установки ЛРВ-СД (системных стабилизаторов) 125
5.5. Сценарий №1. Установка АРВ отечественного производства 129
5.5.1. Выбор настроек регулятора АРВ-М традиционным методом 129
5.5.2. Выбор настроек регулятора АРВ-М на основе применения генетического алгоритма и корневой целевой функции 133
5.5.3. Выбор настроек регулятора АРВ-М на основе применения генетического алгоритма и интегральных целевых функций 136
5.6. Сценарий №2. Установка АРВ зарубежного производства 140
5.6.1. Выбор настроек регулятора DECS-400 традиционным методом 140
5.6.2. Выбор настроек регулятора DECS-400 на основе применения генетического алгоритма 147
5.7. Выводы по главе 153
Заключение 155
Библиографический список 157
Приложение
- Разработка цифровой модели регулятора возбуждения АРВ-М и ее верификация
- Разработка цифровой модели DECS-400 и ее верификация
- Методика определения мест установки АРВ-СД (системных стабилизаторов)
- Структура классического генетического алгоритма
Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время в энергосистеме РФ происходит активная модернизация систем возбуждения генераторов. Модернизация может быть обусловлена как физическим износом, так и моральным старением оборудования систем возбуждения. Современные тенденции в модернизации систем возбуждения заключаются в замене медленнодействующих электромашинных и высокочастотных (ВЧ) систем возбуждения на быстродействующие статические тиристорные системы параллельного самовозбуждения. В качестве альтернативного варианта модернизации системы возбуждения без полной ее замены предлагается также модернизация ВЧ системы возбуждения. Модернизация систем возбуждения позволяет повысить быстродействие системы возбуждения и привести технические характеристики системы в соответствие с ГОСТ 21558-2000 «Системы возбуждения турбогенераторов, гидрогенераторов и синхронных компенсаторов». Модернизация систем возбуждения генераторов обычно сопровождается заменой входящих в их состав автоматических регуляторов возбуждения предыдущих поколений на современные цифровые регуляторы возбуждения на базе микропроцессорной техники. К регуляторам возбуждения предыдущих поколений в настоящее время можно отнести регуляторы возбуждения на базе магнитных усилителей (панели ЭПА-120, ЭПА-325В, ЭПА-305 и ЭПА-500), аналоговые (АРВ-СДП, АРВ-СДШ, АРВ-СДШМ, РАЦИС, АРВ-СДБ) и цифро-аналоговые регуляторы возбуждения (АРВ-СДС). Данные типы регуляторов возбуждения генераторов до сих пор широко распространены на территории РФ. К современным регуляторам возбуждения относятся, например, цифровые регуляторы возбуждения АРВ-М и его модификации АРВ-2М и АРВ-ЗМ (ОАО «Силовые машины» - филиал «Электросила»), АРВ-РЭМ (ЗАО «НПП «Русэлпром-Электромаш»»), КОСУР-Ц (ОАО «НИИэлектромаш»), АРВ-НЛ (НПО «Элсиб» ОАО), AVR2 (ЗАО «Энергокомплект»), DECS-400 («Basler Electric», США), UNITROL-6000 («ABB», Швейцария), ЕХ2100 («General Electric», США) и др.
В настоящее время в ЕЭС РФ не применяется общепринятой методики выбора мест установки АРВ-СД. При этом модернизация систем возбуждения по условиям физического износа и (или) морального старения оборудования систем возбуждения может не обеспечить требуемых уровней колебательной устойчивости. В связи с этим, в настоящей диссертации разработана методика выбора мест установки АРВ-СД (системных стабилизаторов) по условию обеспечения требуемых уровней колебательной устойчивости при минимизации количества АРВ-СД. Предложенная методика может быть
использована также для определения порядка последовательного ввода в эксплуатацию АРВ-СД (системных стабилизаторов) генераторов.
В связи с тем, что в результате модернизации увеличивается быстродействие систем возбуждения, и регуляторы возбуждения предыдущих поколений заменяются современными цифровыми регуляторами возбуждения на базе микропроцессорной техники, ставится задача выбора новых настроек регуляторов возбуждения, обеспечивающих эффективное демпфирование электромеханических колебаний. Применяемые в настоящее время методики выбора настроек АРВ имеют ряд известных недостатков. Например, выбор настроек АРВ на основе применения методов, при которых последовательно определяются настройки каналов АРВ по условию обеспечения эффективного демпфирования колебаний, может не обеспечить того качества демпфирования электромеханических колебаний и уровня колебательной устойчивости, которые могут быть достигнуты при координации настроек АРВ. Традиционные методы настройки АРВ на основе применения D-разбиения и построения областей колебательной устойчивости позволяют производить одновременную координацию только двух параметров АРВ. Градиентные методы оптимизации позволяют производить многопараметрическую координацию настроек АРВ, однако при их применении накладывается ряд ограничений на вид и свойства целевой функции (обеспечение дифференцируемое целевой функции, ее неразрывности, а также отсутствия у целевой функции овражных свойств). Также в результате применения градиентных методов возможно получение в качестве решения локального оптимума, который может быть далек от глобального оптимума, что для задачи выбора настроек АРВ соответствует получению неэффективной настройки. Для преодоления указанных недостатков в настоящей диссертации разработана методика выбора настроек АРВ генераторов на основе применения генетического алгоритма.
В настоящее время существует тенденция появления на российском рынке систем возбуждения зарубежных производителей (компаний «ABB», «ALSTOM», «SIEMENS», «Basler Electric» и др.). В связи с этим, наблюдается рост числа генераторов на территории РФ, оснащенных системами возбуждения, в состав которых входят АРВ зарубежного производства. Таким образом, необходимость учета влияния АРВ зарубежного производства при анализе статической и динамической устойчивости энергосистем ЕЭС РФ, особенности структуры АРВ зарубежного производства по сравнению с АРВ отечественного производства, а также недостаточное описание АРВ зарубежного производства в отечественной литературе обуславливают
необходимость подробного описания структуры и методов настройки АРВ зарубежного производства в настоящей диссертации.
Корректный выбор настроек АРВ и выдача рекомендации по местам установки АРВ-СД (системных стабилизаторов) при применении цифровых моделей энергосистем возможны только при использовании достоверных цифровых моделей энергосистем, адекватно отображающих динамические свойства энергосистемы. В связи с этим, наряду с рассмотрением вопросов выбора мест установки и настройки регуляторов возбуждения рассматривается вопрос верификации используемых цифровых моделей АРВ и цифровых моделей энергосистем в целом.
Значительный вклад в решение поставленных задач в разные годы внесли И.А. Груздев, А.С. Зсккель, В.А. Строев, СМ. Устинов, А.А. Юрганов, А.Х. Есипович, А.С. Герасимов, В.А. Кожевников, В.Г. Любарский, В.А. Масленников, И.Ф. Перельман, А.В. Фадеев и др., а также зарубежные ученые F. P. de Mello, P. Kundur, N. Martins, I. J. Perez-Arriage, E. V. Larsen, B. Marinescu, R. Kutzner, A. Murdoch, M. J. Basler, K. Kiyong и др.
Цели работы состоят в разработке комплексной методики выбора
мест установки и настройки АРВ-СД (системных стабилизаторов)
генераторов в цифровых моделях сложных энергосистем на основе
применения генетического алгоритма и методов модального анализа по
условию обеспечения эффективного демпфирования
электромеханических колебаний, а также реализация разработанных методик и алгоритмов в программном обеспечении.
На защиту выносятся следующие основные методические и прикладные результаты исследования:
Методика выбора мест установки АРВ-СД (системных стабилизаторов) генераторов на основе применения методов модального анализа.
Методика идентификации групп когерентных генераторов с учетом топологии схемы энергосистемы.
Методика выбора настроек АРВ отечественного и зарубежного производства на основе применения генетического алгоритма.
Положение о том, что применение корневой целевой функции в оптимизационной процедуре при выборе настроек АРВ генераторов менее эффективно по сравнению с применением в качестве оптимизируемого функционала интегральных квадратичных критериев качества.
5. Реализация предлагаемых методик и алгоритмов в разработанном автором программно-вычислительном комплексе.
Методология исследований, представленных в диссертационной работе, базируется на аппарате линейной алгебры, методах модального анализа динамической системы, теории эволюционных алгоритмов и нечетких множеств, методах частотного синтеза регуляторов, теории линейных операторов, использовании прикладной теории графов, теории моделирования и оптимизации, а также математических моделях энергосистем. Приведенные в настоящей диссертационной работе модальные характеристики рассчитаны в разработанном в процессе исследований программном обеспечении «Модальный анализ», написанном на языке программирования MATLAB («The Mathworks», США). Цифровая модель энергосистемы разработана в программно-вычислительном комплексе (ПВК) EUROSTAG («Tractebel», Бельгия).
Научная новизна диссертационной работы состоит:
в разработке методики выбора места установки АРВ-СД (системных стабилизаторов) по условию улучшения качества демпфирования электромеханических колебаний при минимизации количества АРВ-СД,
в разработке методики выбора настроек АРВ генераторов на основе применения генетического алгоритма,
в разработке программного обеспечения «Модальный анализ», реализующего представленные в диссертационной работе методики и алгоритмы.
Практическая ценность и реализация результатов работы
В процессе диссертационных исследований разработано программное обеспечение «Модальный анализ», реализующее представленную в настоящей работе комплексную методику выбора мест установки и настроек АРВ-СД (системных стабилизаторов). ПО «Модальный анализ» применяется в настоящее время в ОАО «НИИПТ» для анализа возникновения низкочастотных колебаний в энергосистемах и выработки рекомендаций по их предотвращению.
Разработаны цифровые модели энергосистем Республики Коми и Архангельской области в ПВК EUROSTAG. Использованные в процессе исследования модели автоматических регуляторов возбуждения генераторов верифицированы по частотным характеристикам натурных регуляторов. Параметры генераторного оборудования уточнены по формулярам, полученным от заводов-изготовителей. Достоверность разработанной цифровой модели энергосистемы подтверждена путем воспроизведения в ней технологического нарушения, имевшего место в
энергосистеме Республики Коми, и сравнения осциллограмм переходных процессов при технологическом нарушении и при его моделировании.
3. Проведен анализ колебательной устойчивости энергосистем Республики Коми и Архангельской области и даны рекомендации по предотвращению возникновения низкочастотных колебаний. На основе применения разработанных в настоящей диссертации методик, а также программного обеспечения, реализующего представленные методики, выбраны место установки и настройки АРВ-СД (системного стабилизатора) генератора Республики Коми (генератор №6 ТЭЦ СЛПК). Полученные настройки регуляторов обеспечивают эффективное демпфирование электромеханических колебаний.
Апробация работы и публикации
Основные положения диссертационной работы докладывались на
научных семинарах кафедры «Электрические системы и сети» Санкт-
Петербургского государственного политехнического университета, на
Международной научно-технической конференции
«ЭНЕРГОСИСТЕМА: Исследование свойств, Управление,
Автоматизация» (г. Новосибирск), а также на Ш-м Всероссийском конкурсе молодых специалистов инжинирингового профиля в области электроэнергетики (г. Геленджик). Положения диссертационной работы докладывались на научных семинарах ОАО «НИИПТ». По теме диссертации опубликовано четыре печатных работы, среди которых имеется единоличная публикация. Два издания, в которых автор имеет публикации, принадлежат перечню рецензируемых ВАК научных журналов и изданий.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложений и списка литературы из 97 наименований. Основная часть работы изложена на 168 страницах машинописного текста и включает 65 рисунков и 15 таблиц.
Разработка цифровой модели регулятора возбуждения АРВ-М и ее верификация
В 90-е годы в ОАО «НИИПТ» разработана методика анализа колебательной устойчивости сложных электроэнергетических систем и создан программно-вычислительный комплекс «Область», позволяющий реализовать эту методику. На базе проведенных исследований в 1993 г. по заказу ОАО РАО «ЕЭС России» подготовлены «Методические указания по расчетам устойчивости по самораскачиванию» [46]. Данные методические указания определяют порядок проведения исследований статической колебательной устойчивости при: оценке запасов статической устойчивости; расчетах длительных электромеханических переходных процессов; подготовке пуско-наладочных работ на энергообъектах по настройке систем возбуждения, оснащенных АРВ сильного действия. В соответствии с [46] выбор настроек каналов стабилизации регуляторов возбуждения генераторов должен выполняться в нескольких характерных режимах работы электростанции, определяющих низкочастотную и высокочастотную границы общей части областей колебательной устойчивости. Для этих режимов с помощью программы «Область» рассчитываются области колебательной устойчивости и выбирается рабочая настройка АРВ, обеспечивающая эффективную стабилизацию всей совокупности характерных режимов. Выбор настроечных коэффициентов выполняется последовательно для каждого канала регулирования. Данная методика использовалась для выбора настроек регуляторов возбуждения генераторов ряда электростанций. Программно-вычислительный комплекс «Область» предназначен для анализа колебательной устойчивости сложных электроэнергетических систем.
В ПВК «Область» реализован алгоритм построения области колебательной устойчивости в плоскости коэффициентов усиления каналов стабилизации по частоте напряжения (K0F) и ее производной (KJF) путем обработки с помощью преобразования Фурье временной функции отклика системы на тестовое возмущение, подаваемое на дополнительный вход выходного сумматора АРВ (или системного стабилизатора). В ПВК производится расчет режимной частотной характеристики, а затем ее пересчет в область статической колебательной устойчивости [30]. Комплекс «Область» состыкован с ПВК EUROSTAG, по которому и выполняется расчет электромеханического переходного процесса при тестовом возмущении. В Санкт-Петербургском государственном политехническом университете в начале 90-х годов был разработан програм мно-вычислительный комплекс «ПОИСК» [21]. Комплекс был разработан с участием И.А. Груздева, В.А. Масленникова и СМ. Устинова. Алгоритм функционирования ІТВК «ПОИСК» представлен на рис. 1.19. Номера блоков на рисунке 1.19 соответствуют следующим вычислительным блокам ПВК «ПОИСК»: 1 — блок расчета установившегося режима, 2 - блок формирования матрицы линеаризованных уравнений, 3 - блок упрощения математической модели системы, 4 - блок коррекции элементов матрицы системы, 5 - блок вычисления собственных значений матрицы, 6 - блок формирования функции качества, 7-блок минимизации функции качества и коррекции значений коэффициентов стабилизации, 8 - блок анализа динамических свойств энергосистемы. Одной из функциональных возможностей ПВК «ПОИСК» является возможность определения значений настроек АРВ-СД генераторов по условию обеспечения заданного качества демпфирования электромеханических колебаний. Значения настроек АРВ-СД генераторов определяются путем решения задачи многопараметрической оптимизации функционала (функции качества) следующего вида: где аа - вещественные части собственных чисел, взятые с обратным знаком, а0 - заданная величина показателя качества, v - заданная величина показателя качества (L —2, 3, 4, ...). Рис. 1.20. Формирование функции качества в программе «ПОИСК» Минимизация функционала F обеспечивает смещение собственнглх чисел влево на комплексной плоскости, в результате чего улучшается эффективность демпфирования соответствующих компонент движения. При этом в процессе оптимизации участвуют только собственные числа, вещественная часть которых больше задаваемого значения а0 (желаемого значения вещественных частей собственных чисел). Графическая иллюстрация, поясняющая смысл функционала F, приведена на рис. 1.20.
Разработка цифровой модели DECS-400 и ее верификация
Верификация цифровых моделей АРВ зарубежного производства в силу особенностей структуры этих АРВ выполнена путем сравнения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик отдельно для регуляторов напряжения (AVR) и системных стабилизаторов (PSS). На рис. 2.4 - 2.5 показан результат верификации цифровой модели регулятора возбуждения DECS-400 («Basler Electric», США).
Применение системных стабилизаторов в АРВ за рубежом началось с середины 1960-х годов и обуславливалось необходимостью улучшения качества демпфирования электромеханических колебаний [68J. Проблема заключалась в том, что в отсутствии релейной форсировки возбуждения необходимый уровень динамической устойчивости генератора обеспечивался высоким коэффициентом усиления регулятора напряжения. Однако увеличение коэффициента усиления регулятора напряжения приводило в свою очередь к пониженным уровням колебательной статической устойчивости генератора. Для разрешения данного противоречия в регуляторе возбуждения был реализован канал стабилизации (системный стабилизатор), подающий сигнал на входной сумматор регулятора напряжения. Реализованный таким образом канал стабилизации позволил улучшить демпфирование электромеханических колебаний за счет создания дополнительного положительного демпфирующего момента синхронного генератора [68].
Системные стабилизаторы в зависимости от входных сигналов подразделяются на четыре типа. В качестве входных сигналов могут испол ьзоваться :
Исторически среди системных стабилизаторов различных типов системные стабилизаторы, использующие отклонение скорости вращения вала в качестве параметра стабилизации, стали применяться в зарубежных энергосистемах первыми. Появлению системных стабилизаторов данного типа способствовала разработка технических методов измерения скорости вращения вала турбо- и гидроагрегатов, пригодных для использования на практике [81]. Практическая эксплуатация системных стабилизаторов со скоростью вращения вала в качестве входного сигнала показала, что применение системных стабилизаторов обеспечивает эффективное демпфирование электромеханических колебании, однако в то же время приводит к снижению качества демпфирования торсионных колебаний. Таким образом, необходимым структурным элементом системного стабилизатора данного типа является фильтр торсионных колебаний. Наличие фильтра торсионных колебаний улучшает качество демпфирования торсионных колебаний, но приводит к увеличению фазовой задержки управляющего сигнала (на низких частотах), что снижает общую эффективность применения системного стабилизатора. В ряде случаев ввод в структуру системного стабилизатора торсионного фильтра приводил к значительному ухудшению качества демпфирования электромеханических колебаний [81]. Таким образом, основным недостатком применения данного типа системных стабилизаторов является снижение эффективности демпфирования электромеханических колебаний при вводе в структуру стабилизатора фильтра торсионных колебаний. Пример цифровой модели системного стабилизатора рассматриваемого типа приведен на рис. 2.6. Как видно из рассмотрения данного рисунка, в состав системного стабилизатора входят: фильтр низких частот (ФНЧ), торсионный фильтр, коэффициент усиления канала стабилизации (KSJX блоки фазовой компенсации, а также ограничители выходного сигнала.
Характерной особенностью сигнала отклонения частоты напряжения на шинах генератора является его более высокая чувствительность к межсистемным колебаниям, чем чувствительность сигнала отклонения скорости вращения вала генератора [85]. Таким образом, применение системных стабилизаторов, имеющих в качестве параметра стабилизации отклонение частоты напряжения на шинах генератора, может обеспечить лучшую эффективность при демпфировании межсистемных электромеханических колебаний, чем применение системных стабилизаторов с отклонением скорости вращения вала в качестве параметра стабилизации.
Системные стабилизаторы, имеющие в качестве входного сигнала отклонение частоты напряжения на шинах генератора, также необходимо оснащать торсионным фильтром, поэтому их применение имеет такие же недостатки, как и применение системного стабилизатора с отклонением скорости вращения вала в качестве параметра стабилизации. Недостатком применения сигнала отклонения частоты напряжения на шинах генератора в качестве входного сигнала системного стабилизатора является также его высокая зашумленность. Структура модели системного стабилизатора рассматриваемого типа аналогична структуре стабилизатора, представленной на рисунке 2.6 при замене входного сигнала сигналом отклонения частоты вращения ротора.
Методика определения мест установки АРВ-СД (системных стабилизаторов)
В настоящее время в энергосистеме РФ находится в эксплуатации большое количество автоматических регуляторов возбуждения предыдущих поколений (в частности, пропорционального действия). Необходимость модернизации систем возбуждения генераторов, заключающейся в замене систем возбуждения на быстродействующие системы и использовании современных АРВ, делает актуальной задачу определения групп генераторов, на которых установка АРВ-СД (системных стабилизаторов) целесообразна в первую очередь. Критерием разбиения генераторов на группы и выбора в группах приоритетных генераторов для установки АРВ-СД может служить критерий обеспечения наиболее эффективного демпфирования электромеханических колебаний при минимальном количестве используемых АРВ-СД. На основе применения данного критерия может быть составлен план последовательного ввода в эксплуатацию АРВ-СД. Применение данного плана позволит, в свою очередь, на каждом этапе ввода АРВ-СД обеспечить наибольший возможный уровень колебательной устойчивости и реализовать максимальный диапазон возможных схемно-режимных условий работы энергосистемы, что в свою очередь обеспечит максимальную экономическую эффективность последовательного ввода в эксплуатацию АРВ-СД.
Следует отметить, что в настоящее время регулярной методики для выбора мест установки АРВ-СД в энергосистеме РФ не применяется. При этом в большинстве случаев необходимость модернизации систем возбуждения и установки АРВ-СД обуславливается моральным старением и (или) физическим износом оборудования систем возбуждения. Применение разработанной в настоящей диссертации методики выбора мест установки АРВ-СД позволяет на каждом этапе ввода АРВ-СД реализовать больший диапазон эксплуатационных электрических режимов, обеспечить демпфирование колебаний в большем диапазоне возможных послеаварийных режимов и, таким образом, снизить количество технологических нарушений, связанных с нарушением колебательной устойчивости энергосистемы.
В зарубежных источниках [2, 84] предлагается в качестве критерия для выбора мест установки системных стабилизаторов использовать такую модальную характеристику энергосистемы, как максимальный коэффициент участия генераторов в колебаниях на «критических» частотах. Целесообразность предложенного критерия обуславливается следующим: если ряд переменных состояния генератора или группы генераторов имеет высокий относительный коэффициент участия на рассматриваемой частоте, то это означает, что регулирование именно по этим переменным будет наиболее эффективно при прочих равных условиях. Под «критическими» в данном случае понимаются частоты, соответствующие плохо демпфируемым составляющим движения в энергосистеме.
В настоящей диссертации разработана и описывается комплексная методика выбора мест установки АРВ-СД (системных стабилизаторов). Данная методика использует методы модального анализа энергосистемы и включает несколько этапов исследований: 1. Определение когерентных генераторов с учетом топологии электрической схемы энергосистемы. Определение типа колебании (локальные, внутри- или межстанционные, межсистемные колебания). Предварительное определение мест установки АРВ-СД (системных стабилизаторов). 2. Вычисление коэффициентов участия генераторов. Определение мест установки АРВ-СД (системных стабилизаторов).
На основе информации о группах когерентных генераторов, получаемой на втором этапе алгоритма, определяется: 1. тип колебаний, который играет существенную роль при настройке системного стабилизатора зарубежного производства. 2. ряд генераторов, настройкой АРВ которых можно улучшить качество демпфирования колебаний (в случае внутри- или межстанционных, а также межсистемных колебаний).
Структура классического генетического алгоритма
Применение классического генетического алгоритма состоит из следующих шагов: 1. инициализация, или выбор исходной популяции хромосом; 2. оценка приспособленности хромосом в популяции; 3. проверка условия остановки алгоритма; 4. селекция хромосом; 5. применение генетических операторов; 6. формирование новой популяции; 7. выбор «наилучшей» хромосомы. Рассмотрим конкретные этапы этого алгоритма более подробно. Инициализация, т.е. формирование исходной популяции, заключается в случайном выборе заданного количества хромосом (особей), представляемых двоичными последовательностями фиксированной длины. Оценивание приспособленности хромосом в популяции состоит в вычислении функции приспособленности (целевой функции) для каждой хромосомы этой популяции. Чем больше значение этой функции, тем выше «качество» хромосомы. Вид функции приспособленности зависит от характера решаемой задачи. Предполагается, что функция приспособленности всегда принимает неотрицательные значения и, кроме того, что для решения оптимизационной задачи требуется максимизировать эту функцию. Если исходная форма функции приспособленности не удовлетворяет этим условиям, то выполняется соответствующее преобразование. Например, задача минимизации функции сводится к задаче максимизации. Определение условия остановки генетического алгоритма зависит от его конкретного применения. В оптимизационных задачах, если известно максимальное (или минимальное) значение функции приспособленности, то остановка алгоритма может произойти после достижения с заданной точностью ожидаемого оптимального значения. Остановка алгоритма также может произойти в случае, когда его выполнение не приводит к улучшению уже достигнутого значения. Алгоритм может быть остановлен по истечении определенного времени выполнения либо после выполнения заданного количества итераций. Если условие остановки выполнено, то производится переход к завершающему этапу выбора «наилучшей» хромосомы. В противном случае на следующем шаге выполняется селекция. Селекция хромосом заключается в выборе по вычисленным на втором этапе значениям функции приспособленности тех хромосом, которые будут участвовать в создании потомков для следующей популяции, т.е. для очередного поколения. Такой выбор производится согласно принципу естественного отбора, по которому наибольшие шансы на участие в создании новых особей имеют хромосомы с наибольшими значениями функции приспособленности. Существуют различные варианты алгоритмов селекции [16, 82]. Наиболее часто встречаются следующие методы селекции: метод рулетки, турнирный метод и ранговый метод. Другие методы представляют собой либо модификацию, либо комбинацию данных методов селекции -например, метода рулетки с турнирным методом, когда пары родительских хромосом выбираются случайным образом, после чего из каждой пары выбирается хромосома с наибольшим значением функции приспособленности. Традиционным методом селекции считается так называемый метод рулетки (roulette wheel selection). В классическом генетическом алгоритме применяются два основных генетических оператора: оператор скрещивания (crossover) и оператор мутации (mutation). Однако следует отметить, что оператор мутации играет второстепенную роль по сравнению с оператором скрещивания. Это означает, что скрещивание в классическом генетическом алгоритме производится практически всегда, тогда как мутация - достаточно редко. Вероятность скрещивания, как правило, достаточно велика (обычно 0,5 рс I), тогда как вероятность мутации устанавливается весьма малой (чаще всего 0 рт 0,1). Это следует из аналогии с миром живых организмов, где мутации происходят чрезвычайно редко.
Похожие диссертации на Выбор настроек АРВ генераторов сложной энергосистемы на основе применения генетического алгоритма и методов модального анализа
