基于改进自适应遗传算法的船舶电力系统滤波装置优化配置

　　1 引言

　　近年来，随着许多新型用电设备的投入使用对船舶电能质量提出了更高的要求。大量非线性负载的使用同时又产生了大量谐波，对船舶电力系统发、配、用电设备造成了不良影响，使得船舶电网谐波问题已变得不可忽视[1~6]。迄今为止，装设无源或有缘滤波器是一种有效的抑制谐波的措施。

　　目前利用遗传算法对陆地电力系统进行优化配置已有一些研究。文献[7]采用标准遗传算法，取最大的节点电压畸变率为适应度函数;文献[8~9]采用分级递阶遗传算法进行无源滤波器的配置;文献[10]中进行寻优时滤波器的安装个数是事先确定的。

　　本文以全网滤波器的投资费用最少为目标函数，以谐波潮流和滤波器安全运行为约束条件，对无源滤波器和有源滤波器进行统一优化配置。采用谐波潮流解耦法，在基波潮流与谐波潮流分立求解的过程中，考虑到船舶电力系统动态负荷多，传输线比陆地电网要短得多，电压降落不太明显，电压等级比较低等特点，采用节点电势法进行基波潮流计算，取得了较快的收敛速度;迭代求解过程中采用改进的自适应遗传算法，使交叉概率和变异概率随着个体的适应度值在种群的最小、平均和最大适应度之间进行调整，能增加种群多样性，扩大搜索空间;同时降低了较优个体的变异能力，能提高收敛速度。

　　2 基于节点电势法的基波潮流计算

　　采用节点电势法，将整个舰船电力系统看作由节点(母线、配电板、配电箱等)和支路(馈线、跨接线、负载等)组成的，而把发电机电源作为相应节点的电流源来处理。这样，可用节点-支路关联矩阵 [ ]n mM×( n 为节点总数，m 为支路总数)和支路导纳对角矩阵[ ]b m my×来描述 ，于是得节点网络方程:

　　由于舰船电力系统的负载大多为异步电动机，其压降与负载电流成非线性关系，因而不能直接求解，而采用逐次逼近的迭代方法。将各节点电势初始值设为额定值，得支路压降：

　　然后根据各线路阻抗、静态负载和异步电动机的参数求出各自的电流bi 及功率is ， i =1，2,… m ， m 为支路数(包括负载)，其中的静态阻抗支路及馈线支路，给定支路阻抗bz ，就可根据支路电压bu 求得支路电流bi ：

　　式中： ∑ S为系统总消耗功率;T 为负载及馈线支路的数量。

　　依据调频调载的作用，第 r 台发电机所分担的功率grs 为：

　　式中： r ∈ i表示第 r 台发电机直接连接到节点i ;*[ ]iu 表示节点 i 电势的共轭值。发电机支路电流可根据发电机的功率gs 采用下面的公式计算：