第1章绪论
1.1课题的研究背景及意义
近年来，随着国民经济的快速发展，企业以及居民生活用电大大增加，我国电力工业发展很快，全国发电装机容量、电力设施都以前所未有的速度在增长，国家对电网建设的投入也越来越大。电力工业是国民经济的重要甚础行业，它与社会生产和生活关系密切，因此其安全、经济运行日益受到重视。无功优化是保证电力系统安全、提高经济运行能加勺最重要的手段之一。电压是电能质量的主要指标，保证电压质量是电力系统规划设计和运行管理的重要任务。目前，我国城市电网供电能力不足，网架薄弱，可靠性较差，不能适应当前的经济发展，电网的电压指标也不能令人满意。城市电网普遍存在电压偏低或过高的问题除了电网结构不合理外，主要原因就是由于再功电源不足或过剩。所以，必须要采取有效的调压措施，以提高电压水准。
无功优化的目的是通过调整无功潮流的分布降低网络的有功功率的损耗，并保持最好的电压水平。无功潮流的分布是否合理，不仅关系至。电见系统向电力用户提供电能质量的优劣，而且还直接影响到电网自身运行的安全性和经济性。然而，目前无功补偿的出发点往往放在用户侧，这样是远远不够的，而应该进行合理的无功优化规划，使无功负荷就地或就近补偿，力求达到就地平衡。规划的第一年，“十二五”期间，我国工鹤化、城镇化进程深入推进，国民经济平稳较快发展必将带动电力需求持续增长，全国发电装机容量预计增加近5亿千瓦，全社会用电量增加约2万亿千瓦时，随着电网容量的不断增加，对电网无功容量的要求也相应增加。因此，合理的无功潮流的分布，对解决好己电网的无功补偿问题对电网运行的安全比优质件电的可靠‘险以及降损节能等，都有着重要的意义。
1.2无功优化问题的研究现状
电力系统无功优化问题是一个多变量、多约束的混合非线性问题，它的操作变量中既包括连续变量又含有离散变量。如发电机、调相机和静止无功补偿器的无功出力是连续变量，而变压器分接头位置、补偿电抗器和电容器的投切又是离散变量。现代电力网中包含着大量的节点和出线，规模比较大，电力系统无功优化的这些特点使得优化过程变得十分复杂。电力系统无功优化问题属于最优潮流的一个分支，自从六十年代初期，随着电力系统规模的日益扩大以及一些重大事故的发生，电力系统无功优化问题已经受到国内外电力科研人员的广泛重视。目前主要有两大类优化方法:常规优化算法和智能优化算法。
1.2.1常规优化算法求解
电力系统无功优化的常规方法主要有:线性规划法、非线性规划法、混合整数规划法、动态规划法。这类优化方法都是从某个初始点出发，按照一定的轨迹不断改进当前解，最终收敛于最优解。
(1) 线性规划方法
普通线性规划法理论比较完整，方法经过多年的发展变得成熟，在电力系统无功优化中获得了广泛的应用。电力系统无功优化线性规划模型，最常用的求解方法是单纯形法，它由Dantzig于1947年提出，经多次改进而成。单纯形法实质上是一个迭代过程，该迭代即是从可行解集合的一个极点移到另一个邻近的极点，直到判定某一极点为最优解为止。但是在求解大规模线性规划问题时，单纯形法往往要经过很多次迭代才能收敛。K~arkar在1984年提出了一个求解线性规划的新方法—内点法，它是指每个迭代点都是可行域的内点的算法。该方法具有较好的理论性质，即它是多项式时间算法，在实际应用中比与单纯形法优势更加明显，而且在电力系统无功优化及其他领域中得到了广泛应用。对于线性规划问题的规模较大，并且优化问题的约束条件和变量增加时，内点法与单纯形法相比在迭代次数、收敛性和计算速度方面表现出较大的优势。
第2章电力系统无功优化问题及其数学模型
2.1电力系统运行的特点与要求
电力系统是由电能的生产、输送、分配和消费的各个环节组成的一个整体。与其它工业系统相比，电力系统运行的有以下特点:
(1)与国民经济各部门的关系密切电是最方便的能源，各行各业都使用它，因此，供电的中断也将影响国民经济的各部门，因故障而少供一度电给国民经济造成的损失远大于一度电的电费。
(2)暂态过程非常短促电力系统内某一处的故障将以光波波及全系统，电力系统从一种运行方式过渡到另一种运行方式的过渡过程也非常短促。
(3)电能一般不能大量储存电能的生产、输送、分配和消费实际上是同时进行的，目前还不能大量储存电能，即发电厂任何时刻生产的功率必须等于该时刻用电设备消费和网络损失功率之和。
第3章 电力系统的潮流计算.......................... 28-36
3.1 概述........................ 28
3.2 潮流计算的数学模型........................ 28-31
3.2.1 节点的功率方程........................ 28-29
3.2.2 电力系统的节点类型........................ 29-30
3.2.3 潮流计算的约束条件 ........................30-31
3.3 牛顿-拉夫逊法 ........................31-33
3.4 P-Q分解法........................ 33-36
第4章 蚁群算法和免疫算法的理论基础........................ 36-49
4.1 蚁群算法........................ 36-42
4.1.1 蚁群行为描述........................ 36-38
4.1.2 基本蚁群算法的机制原理 ........................38
4.1.3 蚁群算法的特征 ........................38-40
4.1.4 蚁群算法的数学模型........................ 40-42
4.2 免疫算法 ........................42-49
第5章 结合免疫机制蚁群算法........................ 49-58
5.1 免疫蚁群算法的设计思想 ........................49
5.2 求解无功优化的免疫蚁群算法设计 ........................49-51
5.2.1 抗体编码 ........................49-51
5.2.2 免疫算子设计........................ 51
5.3 基于免疫蚁群算法的无功优化........................ 51-54
5.4 IEEE 30节点算例分析........................ 54-58
结论
电力系统无功优化是保证电网安全，经济运行和优质供电的重要而有效的手段，而无功优化问题是一多变量、多约束的混合非线性规划问题，这一点使得蚁群算法比较适合应用于无功优化问题的研究。本文首先介绍了无功优化领域研究的内容及其研究现状，分析了电力系统潮流计算的方法，建立了以有功网损最小为目标函数的无功优化数学模型，然后主要对引入免疫机制的蚁群算法在无功优化问题中的应用进行了研究。经过研究后我们得到以下结论:
(1)将免疫机制引入蚁群算法形成免疫蚁群算法，可充分利用蚁群算法的并行性、正反馈性以及免疫算法的快速性、随机性和全局收敛性，最终提高求解效率，找到较优的可行解。
(2)混合算法的抗体基因采用整实数混合编码，用十进制整数和实数直接编码，可以避免编码和解码过程，同时能减少占用的内存量，提高计算速度。
(3)潮流计算中采用P一Q分解法，可节省计算时间。
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