基于小波分析与粒子群算法的电网潮流优化实现（MATLAB）

原创于 2025-12-22 10:24:25 发布 · 158 阅读

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#算法 #matlab #开发语言

一、方法原理与技术框架

1. 小波分析在电网数据预处理中的作用

噪声抑制：通过多尺度分解（如DWT）分离高频噪声与低频有效信号，提升潮流计算输入数据的精度
特征提取：提取电压/电流信号的突变特征（如暂态过程），用于优化约束条件构建
数据压缩：对PMU量测数据进行小波包压缩，减少优化变量维度

2. 粒子群算法（PSO）优化流程

目标函数：最小化网损或电压偏差
决策变量：发电机出力、无功补偿容量、变压器分接头位置
约束处理：电压越限约束：0.95 ≤ V_i ≤ 1.05 pu 发电机出力限制：P_Gmin ≤ P_G ≤ P_Gmax 功率平衡约束：ΣP_G = ΣP_D + P_loss

3. 算法融合策略

% 小波预处理模块
[C_L, L] = wavedec(PMU_voltage, 5, 'db4'); % 5层db4小波分解
denoised_voltage = waverec(C_L .* threshold(L), L, 'db4'); % 阈值去噪

% PSO优化模块
nVar = 10; % 变量维度（如10个DG节点出力）
lb = [0.1*ones(1,5), 0.05*ones(1,5)]; % 下限
ub = [0.9*ones(1,5), 0.3*ones(1,5)]; % 上限
[best_pos, best_cost] = PSO(@fitness, nVar, lb, ub, 100, 30);

二、MATLAB实现核心代码

1. 小波去噪与特征提取

function clean_data = wavelet_denoise(raw_data)
    % 参数设置
    wname = 'sym8'; % 对称小波基
    level = 4;     % 分解层数
    
    % 多级分解
    [c, l] = wavedec(raw_data, level, wname);
    
    % 阈值选择（VisuShrink方法）
    sigma = median(abs(c))/0.6745;
    thr = sigma*sqrt(2*log(length(raw_data)));
    
    % 硬阈值处理
    denoised = wthresh(c, 's', thr);
    
    % 重构信号
    clean_data = waverec(denoised, l, wname);
end

2. 粒子群算法优化模块

function [gbest, gbest_cost] = PSO(fitness, nVar, lb, ub, maxIter, swarmSize)
    % 初始化粒子群
    particles = repmat(lb, swarmSize, 1) + rand(swarmSize, nVar) .* repmat(ub-lb, swarmSize, 1);
    velocities = 0.1*(ub-lb) .* rand(swarmSize, nVar);
    
    % 个体最优与全局最优
    pBest = particles;
    pCost = arrayfun(@(i) fitness(particles(i,:)), 1:swarmSize);
    [gCost, gIdx] = min(pCost);
    gBest = pBest(gIdx,:);
    
    % 参数设置
    w = 0.729;    % 惯性权重
    c1 = 1.49445; % 个体学习因子
    c2 = 1.49445; % 社会学习因子
    
    % 迭代优化
    for iter = 1:maxIter
        for i = 1:swarmSize
            % 速度更新
            velocities(i,:) = w*velocities(i,:) ...
                + c1*rand(1,nVar).*(pBest(i,:) - particles(i,:)) ...
                + c2*rand(1,nVar).*(gBest - particles(i,:));
            
            % 位置更新
            particles(i,:) = particles(i,:) + velocities(i,:);
            particles(i,:) = max(particles(i,:), lb);
            particles(i,:) = min(particles(i,:), ub);
            
            % 适应度更新
            cost = fitness(particles(i,:));
            if cost < pCost(i)
                pCost(i) = cost;
                pBest(i,:) = particles(i,:);
            end
        end
        
        % 更新全局最优
        [current_gCost, current_gIdx] = min(pCost);
        if current_gCost < gCost
            gCost = current_gCost;
            gBest = pBest(current_gIdx,:);
        end
        
        % 进度显示
        fprintf('Iter %d | Best Cost: %.4f\n', iter, gCost);
    end
end

3. 潮流计算与目标函数

function cost = fitness(x)
    global busdata linedata
    
    % 解析决策变量（示例：5个DG节点出力）
    P_DG = x(1:5);
    Q_DG = x(6:10);
    
    % 修改节点数据
    busdata(:,8) = P_DG;   % 有功注入
    busdata(:,9) = Q_DG;   % 无功注入
    
    % Newton-Raphson潮流计算
    [V, delta, P_loss] = nrloadflow(busdata, linedata);
    
    % 目标函数：最小化网损 + 电压偏差惩罚
    cost = P_loss + 1000*sum(max(0, abs(V)-1.05) + max(0, 0.95-abs(V)));
end

参考代码基于小波分析，粒子群算法的在matlab开发环境中的电网潮流优化 www.youwenfan.com/contentcso/96290.html

三、优化

1. 自适应参数调整

惯性权重动态调整：

w = w_max - (w_max - w_min)*(iter/maxIter); % 线性递减

混沌初始化：用Logistic映射生成初始粒子群，提升全局搜索能力

2. 多目标优化扩展

% 帕累托前沿提取
ParetoFront = [];
for i = 1:size(particles,1)
    cost = [fitness(particles(i,:)), voltage_deviation(particles(i,:))];
    ParetoFront = [ParetoFront; cost];
end
ParetoFront = unique(ParetoFront, 'rows');

3. 并行计算加速

% parfor替代for循环
parfor i = 1:swarmSize
    % 并行计算适应度
    cost = fitness(particles(i,:));
end

四、算例验证（IEEE 30节点系统）

1. 数据准备

% 节点数据加载（示例）
busdata = [
1 1 1.06 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0