基于遗传算法的干式空心电抗器优化设计

基于遗传算法的干式空心电抗器优化设计

发表时间：2018-10-22T13:32:46.193Z 来源：《防护工程》2018年第14期作者：倪璐佳1 官云2 [导读] 干式电抗器主要用于补偿电力系统的无功容量。它对于降低系统故障和提高运行质量有着重要的作用

倪璐佳1 官云2

1. 国网浙江省电力有限公司检修分公司浙江台州 318000;

2.国网浙江省电力有限公司台州供电公司浙江台州 318000

摘要：干式电抗器主要用于补偿电力系统的无功容量。它对于降低系统故障和提高运行质量有着重要的作用。本文基于等电阻电压约束，采用改进的自适应遗传算法对空心电抗器进行优化。将该空心电抗器的优化设计方案与原设计方案进行比较，电抗器的成本显著减小，产品性能得到提升，降低了生产成本和运行成本。关键词：干式空心电抗器遗传算法优化设计 1 引言

电抗器是因其电感特性而应用于电力系统中的装置或器件，在电路中起到无功补偿、限流、平波、滤波、阻尼、移相等作用。研究空心电抗器的电磁参数、温升、损耗等对干式空心电抗器的设计，延长其寿命和保障电力系统的安全运行具有重要的意义，这些参数也是优化设计的基础。

2 遗传算法在空心电抗器设计中的应用

干式空心电抗器的设计要综合考虑电感、电流、电流密度、温升和损耗等方面的要求，确定出空心电抗器的结构参数，包括内径、包封数、各包封中的并联层数、各层的匝数以及导线线径等。空心电抗器的优化设计是指在满足规定的性能指标下，以重量最轻为目标，运用合适的优化方法，寻求电抗器产品的最优设计方案。

2.1 设计方法

采用等电阻电压法，将每层导线视作一条支路，则空心电抗器由多条支路并联组成。当空心电抗器的内径、包封数、各包封中的并联层数、各层轴向并联层数、各层径向并联层数和各层导线线径等设计变量确定的情况下，可按照不同的约束条件，求得各层导线得匝数和电流。

假设空心电抗器由n层并联导线构成，可以将每个导线看成是一个线圈，为一条支路。每层线圈的端电压方程为： (2.1)

由式(3.1)可以看出，若，则任意两层线圈的感应电动势相同，所以等电阻电压可以消除环流的影响。

以各层线圈导线中电阻电压相等作为约束条件的设计方法即等电阻电压法，该方法使得整个电抗器的电阻损耗最低。

2.2改进的自适应遗传算法

遗传算法主要由选择、交叉和变异三个基本算子组成。交叉概率Pc和选择概率Pm是影响遗传算法性能的关键。对于交叉概率，Pc 越大，产生新个体的速度越快，但是Pc太大适应度大的个体被破坏的可能性也增大；Pc太小，不易产生新的个体，容易陷入局部最优。对于变异概率，若Pm太大，则遗传算法成了纯粹的随机算法；若Pm太小，则不容易产生新的个体，从而陷入局部最优。因此人们提出了一种自适应遗传算法，其自适应交叉算子和变异算子如下：

式中，表示最大适应度函数值；表示平均适应度函数；表示交叉个体中适应度较大的个体的适应度；f表示变异个体的适应度。由上式可知，当总群适应度比较集中时则增大个体的交叉和变异概率，当种群个体比较分散的则减少个体的交叉和变异概率，可以自适应的调整Pc和Pm的大小。针对遗传算法早熟的问题，对自适应遗传算法的交叉和变异概率加以改进：群体的直径：；个体到平均值点的距离：。然后重点考虑这些点在中间区域的分布情况。

心电抗器电气方程组，结合等电阻电压方程组，可以求得满足额定电流和电压的电抗器的各层线圈的匝数。