2.6. Выводы
Во второй главе рассмотрены биологические предпосылки алгоритма биогеографии, и описано то, как теория биогеографии может быть применена к задачам оптимизации.
Приведены подробное описание и схема алгоритма, а также рассмотрены его модификации.
Глава 3. Технологическая часть. Программная реализация и тестирование метода 3.1. Выбор средств и обоснование
Для реализации проекта необходимо два программных пакета, позволяющих смоделировать электроэнергетическую систему и рассчитать ее режим. То есть нам требуется программа математического моделирования и программа для решения задач по ведению режимов электрических сетей и систем.
Наиболее известными и приспособленными для математических символьных вычислений программами считаются Maple, MathCad, Mathematica и MatLab. Отметим, что спектр задач, решаемых подобными системами, очень широк:
проведение математических исследований, требующих вычислений и аналитических выкладок;
разработка и анализ алгоритмов;
математическое моделирование и компьютерный эксперимент;
анализ и обработка данных;
визуализация, научная и инженерная графика;
разработка графических и расчетных приложений.
Для программирования алгоритма был выбран MatLab. Система MatLab относится к среднему уровню продуктов, предназначенных для символьной математики, однако MatLab – одна из старейших, тщательно проработанных и проверенных временем систем автоматизации математических расчетов.
Теперь отметим несколько программ рассчитывающих режим электросетей. К ним относятся RastrWin, КОСМОС, MUSTANG, DAKAR, АНАРЭС-2000, Energy CS – Россия и PSS/E, DigSilent, EUROSTAG – продукты зарубежных фирм.
В данной работе используется программный продукт компании DigSilent, так как неоспоримыми конкурентными преимуществами ПО PowerFactory являются стабильность работы, объектно-ориентированная идеология, широкая функциональность, наличие русской версии и локальной поддержки на русском языке.
3.1.1. Обзор среды MatLab
Программа MatLab представляет собой высокоуровневый технический вычислительный язык и интерактивную среду для разработки алгоритмов, визуализации и анализа данных, числовых расчетов. Используя программу MATLAB, вы можете решать технические вычислительные задачи гораздо быстрее, чем с помощью традиционных языков программирования, таких как С, С++ и Fortran. - MathWorks, Inc.
MatLab − программа для выполнения широкого круга математических задач. Программа содержит сотни команд для работы в области математики. MatLab можно использовать для построения графиков функций, решения уравнений, выполнения статистических тестов и многого другого. Это высокоуровневый язык программирования, который способен взаимодействовать с другими языками программирования, например, Fortran и С. Можно создавать звук и анимационную графику, производить симуляцию и моделирование (особенно, если у вас есть доступ не только к основной программе MatLab, но и к дополнительной программе Simulink), а также можно подготавливать материалы для экспортирования в Интернет. Кроме того, MatLab можно использовать для объединения математических вычислений с текстом и графикой с целью создания совершенных, интегрированных, интерактивных документов.
Эта программа располагает множеством возможностей и параметров. В вашем распоряжении будут буквально сотни полезных команд. Справочная документация по программе MatLab содержит тысячи записей. Стандартные ссылки на ресурсы, будь то руководство пользователя от MathWorks или другой источник, содержат множество таблиц с описанием большого количества команд, параметров и функций, которые ожидает получить пользователь для изучения или работы.
3.1.2. Обзор среды DIgSILENT PowerFactory
Программа расчета PowerFactory, разработанная компанией DIgSILENT, является инженерным инструментом для анализа промышленных, передающих и коммерческих электрических систем. Она была разработана как усовершенствованная интегрированная и интерактивная система программного обеспечения, предназначенная для электрических систем и анализа систем управления для достижения основных задач планирования и оптимизации режимов.
Название DIgSILENT означает "Цифровая программа моделирования и расчета электрических сетей". DIgSILENT версии 7 был первой в мире информационной системой анализа с интегрированным графическим однолинейным интерфейсом. Эта интерактивная однолинейная схема включала функции рисования, редактирования и все относящиеся к ней статические и динамические расчетные функции.
Программный продукт PowerFactory был спроектирован и разработан
квалифицированными инженерами и программистами с многолетним опытом, как в области электроэнергетики, так и программирования. Точность и достоверность результатов полученных с помощью этого программного обеспечения были подтверждены множеством внедрений выполненных организациями, которые занимаются планированием и эксплуатацией электроэнергетических систем.
Для удовлетворения современных требований анализа электрических систем, пакет программного обеспечения DIgSILENT разработан как интегрированный инженерный инструмент обеспечивающий простой доступ ко всем доступным функциям, вместо набора различных программных модулей. Следующие основные характеристики представлены в единственной исполняемой программе.
Основные функции PowerFactory: определение, изменение и упорядочение вариантов исследования; основные численные методы; функции вывода и документирования.
Интегрированная интерактивная однолинейная графическая и
информационная программная оболочка.
База данных элементов электрических систем и исходных параметров.
Интегрированные функции расчета (например, расчет параметров ЛЭП и электрических машин на основе геометрических размеров или паспортных данных)
Конфигурация электрической сети на основе интерактивного или оперативного запроса в систему SCADA.
Многофункциональный интерфейс для динамического отображения при помощи компьютера.
При помощи единой базы данных, содержащей всю необходимую информацию об оборудовании электрической системы (например, параметры ЛЭП, генераторов, защитных устройств, колебаний, контроллеров), PowerFactory легко выполнит любую или одновременно все доступные функции в одной и той же программной среде. Некоторыми из этих функций являются расчет установившегося режима, расчет токов короткого замыкания, гармонический анализ, координация защитных устройств, расчет устойчивости и модальный анализ.
DIgSILENT PowerFactory изначально разработан как завершенный программный продукт для опытного пользователя. Таким образом не существует каких-либо "облегченных" версий, никаких обрезков от "полных" версий. PowerFactory позволяет пользователю изучать в первую очередь электрические системы, а не тонкости персональных компьютеров: все что необходимо для уверенной работы - это знания таких приложений Windows как Word и Excel.
Программа поставляется со всеми инструментами и алгоритмами необходимыми для высокого технического уровня использования. Функциональность приобретаемая пользователем имеет форму матрицы, где лицензированные функции расчета и максимальное количество узлов представлены в виде координат. В качестве дополнения доступны опции которые позволят сконфигурировать и произвести точную настройку программного обеспечения в соответствии с пожеланиями пользователя для некоторых из функций.
PowerFactory включает впечатляющий и постоянно растущий перечень следующих функций моделирования.
Анализ короткого тока замыкания для всех типов электрических сетей, включая сложнозамкнутые и 3-фазные системы переменного и постоянного тока.
Анализ сетей низкого напряжения.
Оптимизация распределительных сетей.
Моделирование динамических процессов.
Моделирование электромагнитных переходных процессов.
Анализ собственных чисел.
Идентификация системы.
Анализ защит.
Гармонический анализ.
Анализ надежности.
Анализ устойчивости по напряжению.
Анализ аварийных ситуаций.
Моделирование устройств силовой электроники.
Заземление.
Аналогово-цифровые интерфейсы.
Интерфейс для SCADA/GIS/NIS.
Многопользовательская база данных и учетные записи пользователей.
3.2. Структура ПО
Решение задачи оптимизации размещения компенсирующих устройств с помощью алгоритма биогеографии, реализованного в ПО Matlab, проводилось на основе расчета потерь мощности заданной электросети в ПО PowerFactory.
Схема программной реализации имеет следующий вид.
В ПО Matlab выполняем следующие действия.
- Ввод параметров алгоритма.
- Инициализация n векторов.
- Формирование текстового файла с векторами решения
В ПО PowerFactory выполняем действия.
- Расстановка КУ в соответствии с векторами из текстового файла.
- Расчет потери мощности в электросети при подстановке каждого вектора.
- Запись результатов вычислений в текстовый файл
 .
В ПО Matlab производим следующие действия.
- Сохранение p лучших решений.
- Процесс миграции.
- Перезапись текстового файла
Повторить пункт 2 и сформировать текстовый файл с новым вектором полученных значений целевой функции .
В ПО Matlab выполнить действия.
- Обновление p лучших решений, если есть улучшение.
- Процесс мутации.
- Перезапись текстового файла.
Повторить пункт 2 и сформировать текстовый файл с новым вектором полученных значений целевой функции  .
|
...
|
|
В ПО Matlab произвести проверку критерия останова. Если критерий выполнен, то вывести лучшее решение F*, если нет – переход в пункт 2.
Matlab
Реализация алгоритма биогеографии
PowerFatory
Моделирование электросхемы.
Расчет режима.
|
...
|
|
`
Рисунок 3.1 – Структурная схема взаимодействия программ
3.3. Тестирование алгоритма
Тестирование проводилось только для выяснения правильности работы алгоритма биогеографии. Для проведения тестирования использовалась только программная среда MatLab.
Тестирование выполнено на примере решения задачи безусловной оптимизации с трехмерной целевой функцией  . Результат представлен на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 – Сходимость алгоритма ВВО на примере сферической
тестовой функции
Минимальное значение функции F*(0,0,0)=0 было найдено, следовательно, программа работает правильно.
|
