国际电气工程先进技术译丛 现代优化算法在电力系统中的应用

国际电气工程先进技术译丛 现代优化算法在电力系统中的应用
出版时间： 2018年版
丛编项： 国际电气工程先进技术译丛
内容简介
　　本书包含电力系统中的多种优化问题，其中包括电力系统经济运行（短期调度、长期调度），机组组合，电力系统优潮流以及电能质量智能测量等问题。在算法上，介绍了泛函分析、模糊系统、模拟退火、禁忌搜索、遗传算法、粒子群算法等多种优化方法。对各种电力优化问题，通常会给出两种以上的优化技术解决方案。针对不同的优化技术解决方案，均详实地给出了问题的数学模型、优化技术或算法的针对性运用以及具体的求解流程，同时还给出了优化结果。通过阅读本书，可以使初学者在短时间内了解多种电力问题的数学模型、优化求解思路和具体的实现技法；通过多种优化技术的对比，可以帮助有基础的读者实现电力优化技术的提升以及应用领域的。
目　　录
译者序
原书前言
致谢
第１章　概述１
　１.１　引言１
　１.２　优化技术２
　　１.２.１　传统优化技术（经典算法） ３
　　１.２.２　进化技术６
　１.３　本书概要１７
　参考文献１９
第２章　数学优化方法２０
　２.１　引言２０
　２.２　二次型２０
　２.３　一些静态优化方法２２
　　２.３.１　无约束优化２３
　　２.３.２　带约束优化问题２６
　２.４　庞特里亚金最大值定理３０
　２.５　泛函解析优化技术３４
　　２.５.１　范数３４
　　２.５.２　内积（点积） ３５
　　２.５.３　函数的转换３６
　　２.５.４　最小范数定理３８
　２.６　模拟退火算法３９
　　２.６.１　模拟退火的物理概念４０
　　２.６.２　组合优化问题４０
　　２.６.３　一般的模拟退火算法４１
　　２.６.４　冷却进度表４１
　　２.６.５　多项式时间冷却进度表４１
　　２.６.６　Ｋｉｒｋ冷却进度表４３
　２.７　禁忌搜索算法４４

　　２.７.１　禁忌表约束４４
　　２.７.２　特赦准则４５
　　２.７.３　终止准则４５
　　２.７.４　常规禁忌搜索算法４６
　２.８　遗传算法４７
　　２.８.１　编码４８
　　２.８.２　适应度函数４８
　　２.８.３　遗传算子４９
　　２.８.４　约束条件的处理（修复机制） ４９
　　２.８.５　普通遗传算法４９
　２.９　模糊系统５０
　　２.９.１　基本术语和定义５４
　　２.９.２　模糊集支集５４
　　２.９.３　正规性５５
　　２.９.４　凹凸性５５
　　２.９.５　模糊集合的基本运算５６
　２.１０　粒子群优化（ＰＳＯ）算法５９
　２.１１　ＰＳＯ算法的基本原理６１
　　２.１１.１　一般ＰＳＯ算法６２
　参考文献６４
第３章　电力系统经济运行６５
　３.１　引言６５
　３.２　水－火－核联合供电电力系统６６
　　３.２.１　数学建模６６
　　３.２.２　优化步骤６８
　　３.２.３　基于最小范数定理的最优解获取７１
　　３.２.４　一种可行的多层算法７３
　　３.２.５　结论与总结７５
　３.３　全火力发电系统７５
　　３.３.１　常规全火力发电系统的问题描述７５
　　３.３.２　模糊全火力发电系统问题的数学模型７６
　　３.３.３　求解算法８３
　　３.３.４　算例８３
　　３.３.５　总结９８
　３.４　考虑模糊负荷和模糊成本函数参数的全火力发电系统１０１
　　３.４.１　问题的数学描述１０１
　　３.４.２　三角形模糊数的模糊区间运算１０３
目　　录Ⅸ　

　　３.４.３　采用三角形Ｌ－Ｒ表示法的模糊数的模糊运算１０４
　　３.４.４　算例１０５
　３.５　计及损耗的模糊经济调度问题１３９
　　３.５.１　问题的数学描述１３９
　　３.５.２　求解算法１４２
　　３.５.３　仿真实例１４３
　　３.５.４　总结１５６
　附录１５８
　　附录Ａ.１ １５８
　　附录Ａ.２ １５８
　参考文献１５９
第４章　经济调度问题与机组组合问题：建模与求解算法１６１
　４.１　引言１６１
　４.２　该问题的求解思路１６１
　４.３　制定试验解的产生规则１６２
　４.４　电力系统经济调度问题１６２
　４.５　目标函数１６２
　　４.５.１　生产成本１６２
　　４.５.２　机组起动成本１６３
　４.６　约束条件１６３
　　４.６.１　系统约束１６４
　　４.６.２　机组约束１６４
　４.７　试验解的产生规则１６５
　４.８　产生初始解１６８
　４.９　经济调度问题的求解算法１６８
　　４.９.１　基于线性互补形式的经济调度问题１６９
　　４.９.２　经济调度问题的Ｔａｂｌｅａｕ规模１７０
　４.１０　模拟退火算法用于求解ＵＣＰ １７１
　　４.１０.１　与文献中其他ＳＡＡ的比较１７１
　　４.１０.２　数值算例１７２
　４.１１　总结与结论１８６
　４.１２　用禁忌搜索（ＴＳ）算法求解ＵＣＰ １８７
　　４.１２.１　禁忌表（ＴＬ）的约束１８７
　　４.１２.２　特赦水平的标准１８８
　　４.１２.３　终止准则１８８
　　４.１２.４　常规禁忌搜索算法１８８
　　４.１２.５　ＴＳ算法在ＵＣＰ中的应用１８９
　Ⅹ 现代优化算法在电力系统中的应用

　　４.１２.６　ＵＣＰ的禁忌表类型１９１
　　４.１２.７　ＵＣＰ的禁忌表方法１９１
　　４.１２.８　不同禁忌表建立方法之间的比较１９２
　　４.１２.９　用于ＵＣＰ的禁忌表的大小１９３
　　４.１２.１０　ＳＴＳＡ的数值结果１９３
　４.１３　高级禁忌搜索（ＡＴＳ）算法１９９
　　４.１３.１　中期记忆１９９
　　４.１３.２　长期记忆１９９
　　４.１３.３　策略波动机制１９９
　　４.１３.４　ＡＴＳ算法用于求解ＵＣＰ ２００
　　４.１３.５　中期记忆的实现２０１
　　４.１３.６　长期记忆的实现２０１
　　４.１３.７　策略波动的实现２０１
　　４.１３.８　ＡＴＳＡ的数值结果２０１
　４.１４　局部总结２０６
　４.１５　遗传算法用于求解ＵＣＰ ２０６
　　４.１５.１　解的编码２０７
　　４.１５.２　适应度函数２０７
　　４.１５.３　遗传算子２０８
　　４.１５.４　约束处理（修复机制） ２０８
　　４.１５.５　普通遗传算法２０８
　　４.１５.６　用遗传算法求解ＵＣＰ ２０９
　　４.１５.７　问题编码２０９
　　４.１５.８　构建适应度函数２１１
　　４.１５.９　染色体的选择过程２１１
　　４.１５.１０　交叉２１１
　　４.１５.１１　变异２１２
　　４.１５.１２　自适应ＧＡ算子２１３
　　４.１５.１３　算例２１３
　　４.１５.１４　总结与延伸２１８
　４.１６　用于求解ＵＣＰ的混合算法２１９
　４.１７　模拟退火与禁忌搜索的混合（ＳＴ） ２１９
　　４.１７.１　ＳＴ算法中的禁忌搜索部分２２０
　　４.１７.２　ＳＴ算法中的模拟退火部分２２１
　４.１８　ＳＴ算法的数值计算结果２２１
　４.１９　遗传算法与禁忌搜索的混合２２５
　　４.１９.１　遗传禁忌（ＧＴ）算法的提出２２５
　　４.１９.２　ＧＴ算法中的遗传算法部分２２６
目　　录Ⅺ　

　　４.１９.３　ＧＴ算法中的禁忌搜索部分２２７
　４.２０　ＧＴ算法的数值计算结果２２８
　４.２１　ＧＡ、ＳＡ与ＴＳ算法的混合（ＧＳＴ算法） ２３３
　　４.２１.１　ＧＳＴ算法的遗传算法部分的设计与实现２３３
　　４.２１.２　ＧＳＴ算法的禁忌搜索部分的设计与实现２３３
　　４.２１.３　ＧＳＴ算法的模拟退火部分的设计与实现２３３
　４.２２　ＧＳＴ算法的数值计算结果２３５
　４.２３　总结与延伸２４０
　４.２４　各算法在ＵＣＰ方面的比较２４１
　　４.２４.１　算例１的比较结果２４１
　　４.２４.２　算例２的比较结果２４２
　　４.２４.３　算例３的比较结果２４３
　　４.２４.４　小结２４５
　参考文献２４５
第５章　最优潮流２５１
　５.１　引言２５１
　５.２　电力潮流方程２５７
　　５.２.１　负荷节点２５７
　　５.２.２　电压控制节点２５７
　　５.２.３　松弛节点２５８
　５.３　一般ＯＰＦ问题的数学描述２６０
　　５.３.１　目标函数２６０
　　５.３.２　约束条件２６２
　　５.３.３　ＯＰＦ中的优化算法２６４
　５.４　优化算法用于单目标最优潮流２６６
　　５.４.１　粒子群优化（ＰＳＯ）算法用球解ＯＰＦ问题２６６
　　５.４.２　ＩＥＥＥ－３０节点电力系统２６７
　　５.４.３　有功损耗最小２７１
　　５.４.４　最小发电燃料成本２７５
　　５.４.５　最大化无功储备裕度２７９
　　５.４.６　最小化无功功率损耗２８３
　　５.４.７　最小化排放指数２８７
　　５.４.８　最大化安全裕度２９１
　５.５　不同单目标函数的比较２９５
　５.６　多目标ＯＰＦ算法２９６
　５.７　多目标分析的基本概念２９６
　５.８　多目标ＯＰＦ算法２９８
　Ⅻ 现代优化算法在电力系统中的应用

　　５.８.１　多目标ＯＰＦ建模２９８
　　５.８.２　求解多目标ＯＰＦ问题的一般步骤２９８
　５.９　生成非支配解集３００
　　５.９.１　所用方法３００
　　５.９.２　加权法３００
　５.１０　层次聚类技术３０１
　５.１１　本章小结３０６
　附录３０７
　参考文献３１０
第６章　水力发电系统的长期调度３１５
　６.１　引言３１５
　６.２　问题的数学模型３１６
　６.３　问题的求解：最小范数法３１７
　　６.３.１　系统建模３１８
　　６.３.２　公式化３１８
　　６.３.３　最优解求取３２０
　　６.３.４　实际应用算例３２２
　　６.３.５　小结３２３
　　６.３.６　非线性模型３２３
　６.４　模拟退火算法３３０
　　６.４.１　试验解的产生（邻近解） ３３１
　　６.４.２　ＳＡＡ用于ＬＴＨＳＰ的详细步骤３３２
　　６.４.３　实际应用算例３３４
　　６.４.４　小结３３５
　６.５　禁忌搜索算法３３６
　　６.５.１　问题描述３３６
　　６.５.２　禁忌搜索方法３３６
　　６.５.３　ＴＳＡ的具体步骤３３８
　　６.５.４　停止判据３３９
　　６.５.５　数值实例３３９
　　６.５.６　总结与延伸３４１
　参考文献３４１
第７章　电能质量分析３４４
　７.１　引言３４４
　７.２　模拟退火算法的应用３４７
　　７.２.１　模拟退火算法的接受测试３４７
目　　录　

　　７.２.２　步长向量的调整３４７
　　７.２.３　冷却进度表３４８
　７.３　闪变电压的模拟３４８
　　７.３.１　问题的数学描述３４８
　　７.３.２　求解电压闪变算法测试３４９
　　７.３.３　采样数的影响３４９
　　７.３.４　采样频率的影响３５０
　７.４　谐波问题的数学描述３５０
　７.５　算法在求解谐波方面的测试３５１
　　７.５.１　信号频率已知３５１
　　７.５.２　信号频率未知３５３
　７.６　结论３５５
　７.７　稳态频率估计３５６
　　７.７.１　恒频模型和问题的建模３５８
　　７.７.２　计算机模拟数据３５８
　　７.７.３　受谐波污染的信号３５９
　　７.７.４　实际量测数据３６０
　７.８　结论３６１
　　７.８.１　变频模型３６２
　　７.８.２　仿真算例３６３
　　７.８.３　呈指数衰减的频率３６５
　７.９　结论３６７
　参考文献３６７