1 圣約翰技術(shù)學(xué)院 甲種研究案成果報(bào)告 題目：配電系統(tǒng)電壓升級(jí)技術(shù)與效益研究 位： 電機(jī)工程系 職級(jí) ： 副教授 姓名：郭政謙 執(zhí)行期間：自民國(guó) 92年 08月 01日起至民國(guó) 93年 07月 31日 中 華 民 國(guó) 九 十 三 年 七 月 一 日 2 目錄 中文摘要 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 英文摘要 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 第一章 簡(jiǎn)介 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 1研究動(dòng)機(jī)及目的 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 1研究步驟 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 第二章 多目標(biāo)最佳化與遺傳演算法 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 2加權(quán)均值式求解法 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 2遺傳演算法 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 2遺傳演算法基本工作原理 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 2遺傳演算法的實(shí)例說(shuō)明 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 2遺傳演算法與其他方法比較 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 第三章 配電系統(tǒng)電壓降之規(guī)劃 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 3系統(tǒng)電壓降之問(wèn)題描述 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 3連結(jié)迴路連結(jié)線(xiàn)之位置選定 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 3標(biāo)函數(shù) . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 3制條件 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 3解過(guò)程 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 3電容器組調(diào)度以改善電壓 降 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 3標(biāo)函數(shù) . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 3制條件 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 3解過(guò)程 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 第四章 模擬結(jié)果分析 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 4線(xiàn)連結(jié)型態(tài)之選定 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 4線(xiàn)於不同連結(jié)架構(gòu)之電壓降分析 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 4容補(bǔ)償饋線(xiàn)於不同架構(gòu)之電壓降分析 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 4端雙連結(jié)迴路架構(gòu)之電容補(bǔ)償特性比較 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 4連結(jié)迴路架構(gòu)之最佳連結(jié)位置選定 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 4連結(jié)迴路架構(gòu)之電壓調(diào)整改善 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 第五章 結(jié)論 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 參考文獻(xiàn) . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 3 中文摘要 近年來(lái)配電系統(tǒng)的重要性隨著負(fù)載密度持 續(xù)成長(zhǎng)而漸受重視，用戶(hù)所能得到的供電品質(zhì)也取代以往的經(jīng)濟(jì)性考量，躍居為目前電業(yè)的主要考量，并促使配電自動(dòng)化的腳步加快實(shí)現(xiàn)。在具備配電自動(dòng)化系統(tǒng)后，其現(xiàn)有之配電系統(tǒng)型態(tài)及饋線(xiàn)連結(jié)架構(gòu)，便能有重新評(píng)估及改變之可能。尤其對(duì)于目前已存在的高供電品質(zhì)需求之用戶(hù)，若能經(jīng)由一連串綿密的分析、仔細(xì)的考量，并配合完整的規(guī)劃下，更改其現(xiàn)行之配電饋線(xiàn)連結(jié)型態(tài)，改善目前因輻射狀配電系統(tǒng)所造成先天不足之現(xiàn)象，將能使電業(yè)在未來(lái)的自由化之路，具備更高的競(jìng)爭(zhēng)力。此外，雖然配電系統(tǒng)的供電品質(zhì)可有許多的提升方法，然而經(jīng)由改善系統(tǒng)之電壓調(diào)整率應(yīng) 是最根本的策略。基于此，本計(jì)劃依序的探討了配電系統(tǒng)電壓調(diào)整之升級(jí)技術(shù)及效益，首先針對(duì)國(guó)內(nèi)外實(shí)用之不同配電饋線(xiàn)連結(jié)型態(tài)，研究其對(duì)于電壓分布之影響，探討在不同結(jié)構(gòu)下的效益，并于研究結(jié)果中提出雙連結(jié)回路饋線(xiàn)型態(tài)，以改善傳統(tǒng)上回路及網(wǎng)路架構(gòu)之缺點(diǎn)。其次，根據(jù)所提出之雙連結(jié)回路配電系統(tǒng)型態(tài)，針對(duì)雙回路連結(jié)線(xiàn)于實(shí)際饋線(xiàn)上的位置選定，進(jìn)行多目標(biāo)最佳化的理論分析與研究，同時(shí)針對(duì)饋線(xiàn)于正常及故障狀態(tài)下，使其電壓分布之情形有最佳之狀態(tài)。最后，運(yùn)用并協(xié)調(diào)多種目前電業(yè)普遍使用中之電壓改善技術(shù)，包括：有載分接頭切換器，變電所并聯(lián)電容 器組及饋線(xiàn)上之并聯(lián)電容器組等，一起結(jié)合應(yīng)用于所提出之雙連結(jié)回路配電系統(tǒng)型態(tài)上，以多目標(biāo)規(guī)劃方式，將電壓分布 、 虛功潮流 、 饋線(xiàn)損失 、 功因改善 、 有載分接頭切換次數(shù)及電容器組切換次數(shù)等同時(shí)予以最佳化，并在系統(tǒng)電壓及電流之限制條件下，提供一套完整的最佳化改善策略與運(yùn)轉(zhuǎn)控制。本計(jì)劃可提供電業(yè)之系統(tǒng)規(guī)劃及分析人員，評(píng)估配電系統(tǒng)在不同架構(gòu)下的電壓調(diào)整情況及改善策略，并提供適當(dāng)之饋線(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與電壓改善方法，以針對(duì)配電自動(dòng)化系統(tǒng)，建立適當(dāng)?shù)呐潆娤到y(tǒng)型態(tài)與操作策略。 4 英文摘要 of to to of do in of in to in of be a to of be In of to of of in of of in of of in be to of we up of to of of it is an be 5 第一章 簡(jiǎn)介 1研究動(dòng)機(jī)及目的 完整的電力系統(tǒng) (含發(fā)電系統(tǒng) (輸電系統(tǒng) (配電系統(tǒng) (用戶(hù) (四大主要部分。在以往許多專(zhuān)家學(xué)者均不斷致力于研究如何提升發(fā)電及輸電系統(tǒng)之效率，其間也獲致相當(dāng)之成效。而反觀(guān)配電系統(tǒng)方面，因所涵蓋之范圍廣大，且所含括之資料亦相當(dāng)廣泛且復(fù)雜，欲將這些資料完整儲(chǔ)存于電腦中以實(shí)行自動(dòng)化架構(gòu)，著實(shí)需要花費(fèi)相當(dāng)多之 記憶容量與計(jì)算時(shí)間，而其所獲得之改善效果，可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及所付出之代價(jià)；因此，過(guò)去所投入配電系統(tǒng)之研究相對(duì)較少。但近幾年來(lái)，一方面由于生活水準(zhǔn)提高、工商業(yè)持續(xù)發(fā)展，導(dǎo)致冷氣負(fù)載及用電器具的成長(zhǎng)，使得電力需求與日遽增，造成配電系統(tǒng)之負(fù)載密度持續(xù)攀升；另一方面在電腦技術(shù)、控制方式及通訊系統(tǒng)上也有長(zhǎng)足的發(fā)展及進(jìn)步；因而促使許多專(zhuān)家學(xué)者重新注意配電系統(tǒng)上之問(wèn)題。 配電系統(tǒng)乃為整個(gè)電力系統(tǒng)的最末瑞，并與眾多用戶(hù)的負(fù)載直接接觸，在電業(yè)自由化的競(jìng)爭(zhēng)壓力下，消費(fèi)導(dǎo)向、顧客至上已成為必然的趨勢(shì)?；诖?，配電系統(tǒng)運(yùn)作之良窳對(duì)于電業(yè) 而言已變得非常重要，因?yàn)椴涣嫉墓╇娖焚|(zhì)，將使用戶(hù)感到不適而轉(zhuǎn)向其他電業(yè)尋求服務(wù)，如此所造成的連鎖效應(yīng)，將導(dǎo)致電業(yè)蒙受重大損失；因此，在這時(shí)代中，配電系統(tǒng)的重要性，在整個(gè)電力公司的運(yùn)作中，即顯得特別突出。然而，由于用戶(hù)多屬低壓用電之情況，故造成配電系統(tǒng)擁有線(xiàn)路長(zhǎng)、元件多、且復(fù)雜度高的特性，這情況造成配電系統(tǒng)的不易管理與操作；據(jù)研究指出 1， 2，一般電力事業(yè)單位，約有占百分之五至百分之十三的總發(fā)電量，浪費(fèi)在配電系統(tǒng)的線(xiàn)路損失上；配電系統(tǒng)之難以駕馭，由此可見(jiàn)一般；再加上配電系統(tǒng)的總投資成本大、重要性高，因此，如 何規(guī)劃、運(yùn)轉(zhuǎn)配電系統(tǒng)，使其達(dá)到經(jīng)濟(jì)、安全、有效率且高品質(zhì)等目標(biāo)，實(shí)乃刻不容緩且 6 相當(dāng)艱巨之工作。 在整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)劃問(wèn)題方面，以往之研究重點(diǎn)一直置于系統(tǒng)調(diào)度中心的能源管理系統(tǒng)，此乃由于調(diào)度中心所掌控之范圍，泛及全國(guó)龐大網(wǎng)路，就安全性而言，往往牽一發(fā)而動(dòng)全身。再則，就經(jīng)濟(jì)性而言，往往些微的調(diào)度差異即導(dǎo)致巨額的成本變動(dòng)。因此，發(fā)、輸電系統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備、信號(hào)網(wǎng)路及電腦設(shè)施，無(wú)不力求綿密而齊備，調(diào)度方式亦以自動(dòng)化和即時(shí)為原則。相對(duì)的，由于區(qū)域性配電調(diào)度場(chǎng)站，數(shù)量需求較多，每個(gè)調(diào)度單位所轄控之范圍多僅止于為數(shù)有限的 主變壓器及饋線(xiàn)，而且網(wǎng)路皆為放射狀架構(gòu)。因此，配電系統(tǒng)若欲設(shè)置如輸電系統(tǒng)般之精密監(jiān)控與自動(dòng)化操作設(shè)施，殊不經(jīng)濟(jì)也似無(wú)必要，一般多賴(lài)有經(jīng)驗(yàn)的操作人員以人工方式為之。然而，近年來(lái)新電源的開(kāi)發(fā)計(jì)畫(huà)及系統(tǒng)之?dāng)U建工程屢受阻撓，缺電與限電危機(jī)愈來(lái)愈明顯，再加上經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，用戶(hù)對(duì)于系統(tǒng)供電品質(zhì)之要求日益提高，配電系統(tǒng)如微血管般的遍及全國(guó)，并且深入各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)；為達(dá)到充分利用現(xiàn)有設(shè)施之目標(biāo)，舒緩擴(kuò)建之壓力，降低電力的損失，并提高供電品質(zhì)，配電自動(dòng)化 3是繼發(fā)電能源管理系統(tǒng)后，電力事業(yè)另一個(gè)不得不全力以赴的目標(biāo)。再者， 電腦軟硬體、通信設(shè)施及監(jiān)控設(shè)備，近年來(lái)皆有長(zhǎng)足的進(jìn)展，不但在價(jià)格上大幅降低，在功能上亦倍增于以往，如此使得配電自動(dòng)化之可行性及經(jīng)濟(jì)性大幅增加，導(dǎo)致各方之研究，不論從理論到實(shí)際，亦日益充實(shí)。 分散型供電型態(tài)為目前發(fā)電技術(shù)主要的發(fā)展方向之一，對(duì)傳統(tǒng)上的集中型發(fā)電系統(tǒng)而言，勢(shì)必將產(chǎn)生若干影響。臺(tái)灣于推動(dòng)電業(yè)自由化之際，亦必須掌握此一發(fā)展趨勢(shì)，予以留意。現(xiàn)階段而言，傳統(tǒng)的電力公用事業(yè)面臨各種管制面、體制面、技術(shù)面以及經(jīng)濟(jì)面的挑戰(zhàn)。在眾多挑戰(zhàn)之下，電業(yè)必須適時(shí)的改變其市場(chǎng)結(jié)構(gòu)及經(jīng)營(yíng)型態(tài)；分散型供電系統(tǒng)的概念，并非要完 全取代集中發(fā)電式的供電型態(tài)，而是對(duì)于大型配電負(fù)載中心的特定尖峰用電需求，提供一種有效且符合經(jīng)濟(jì)的供電方式。尤其在愈都市化的地區(qū)，超高大樓不斷增建，使得用電尖峰時(shí)段非常集中，反觀(guān)配電及變電設(shè)施卻因居民的抗?fàn)幎鵁o(wú)法相對(duì)的擴(kuò)充，造成發(fā)電容量無(wú)法有效傳送的區(qū)域限電問(wèn)題。在臺(tái)灣，這種現(xiàn)象已屢見(jiàn)不鮮，而且情況愈來(lái)愈明顯。 7 為滿(mǎn)足整體電力系統(tǒng)之需求，傳統(tǒng)的集中式發(fā)電設(shè)備動(dòng)輒數(shù)十萬(wàn)千瓦，因而忽略配電系統(tǒng)小型供電方式之可行性，而此種供電系統(tǒng)通常只需幾千千瓦即可。此外，傳統(tǒng)的供電規(guī)劃方式往往忽略輸配電成本大幅上升的趨勢(shì)，同時(shí)也忽略了集中式供電方式可能導(dǎo)致部分偏遠(yuǎn)區(qū)域的供電邊際成本急速攀升。因此，未來(lái)電業(yè)的規(guī)劃將會(huì)愈來(lái)愈重視配電系統(tǒng)的相關(guān)資訊及配電自動(dòng)化，包括：用戶(hù)組成成份、負(fù)載需求特性、電力消費(fèi)型態(tài)、需求面管理、區(qū)域限電事件分析、以及用戶(hù)對(duì)不同供電品質(zhì)的愿付價(jià)值 (to 這些都是過(guò)去電力公司所忽略的。 基于上述之分析可知，提供良好的供電品質(zhì)，將成為目前電業(yè)所應(yīng)積極推動(dòng)之策略，以有效解決目前配電系統(tǒng)之困境。一旦配電自動(dòng)化系統(tǒng)及分散式供電型態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)后，現(xiàn)行之配電系統(tǒng)型態(tài)及連結(jié)架構(gòu)，便有重新評(píng)估之必要；因 為，如此一來(lái)對(duì)于電業(yè)而言，其所屬之配電系統(tǒng)型態(tài)便不再是唯一且固定不變的。此外，對(duì)于部分目前已存在之特殊負(fù)載，若能在完整的規(guī)劃、仔細(xì)的考量及綿密的分析下，更改其現(xiàn)行之配電饋線(xiàn)型態(tài)，改善因目前輻射狀配電系統(tǒng)所產(chǎn)生之先天不足現(xiàn)象，則將使電業(yè)在為來(lái)自由化之后，擁有較高的競(jìng)爭(zhēng)力。 配電系統(tǒng)常見(jiàn)的型態(tài)有輻射，環(huán)狀，網(wǎng)路 . 等等。經(jīng)由配電自動(dòng)化的實(shí)施使得原本固定型態(tài)的系統(tǒng)，可配合需求做一些彈性的調(diào)整。目前相關(guān)研究文獻(xiàn)都只限于探討在同一個(gè)架構(gòu)下的改善策略 10而我們乃是針對(duì)現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外較常用之一次配電系統(tǒng)，且臺(tái)電目 前系統(tǒng)較易改接及新設(shè)之型態(tài)為主，找出較佳饋線(xiàn)結(jié)構(gòu)，并考慮與電壓調(diào)整策略配合應(yīng)用，以提供系統(tǒng)規(guī)劃及操作人員做參考，同時(shí)亦探討不同的饋線(xiàn)結(jié)構(gòu)型態(tài)之各種電壓調(diào)整策略對(duì)電壓調(diào)整的影響以及建議。經(jīng)由文獻(xiàn)的探討和系統(tǒng)的模擬，我們可知由某一配電架構(gòu)要做電壓調(diào)整改善策略或是轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N架構(gòu)時(shí)，有那些評(píng)估的方式，策略的建議或饋線(xiàn)結(jié)構(gòu)之間的好壞差別，各有的利弊得失，以充分提供可靠的資訊給予運(yùn)轉(zhuǎn)及維護(hù)人員參考，避免因人為的疏失導(dǎo)致民眾及系統(tǒng)本身的損害。 目前臺(tái)電配電系統(tǒng)之一次配電網(wǎng)路大部份采用放射型架構(gòu)，除此之外，尚有部分采用放 射連絡(luò)型架構(gòu)，而于都會(huì)區(qū)之地下配電網(wǎng)路則采常開(kāi)環(huán)路型系統(tǒng)。常開(kāi)環(huán)路型系統(tǒng)在負(fù)載轉(zhuǎn)供時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬間停電現(xiàn)象，無(wú)法符合今日高科技 8 用戶(hù)對(duì)用電品質(zhì)的要求。一般常見(jiàn)一次配電系統(tǒng)的四種型態(tài)其基本系統(tǒng)特性如下 : 一般而言，配電饋線(xiàn)從變電所一直到最末端用戶(hù)之間的距離約有數(shù)公里之遠(yuǎn)，饋線(xiàn)電壓會(huì)隨著負(fù)載大小及線(xiàn)路阻抗而漸漸的下降，因此饋線(xiàn)末端的用戶(hù)，將可能因壓降太大，而無(wú)法有效率的運(yùn)轉(zhuǎn)其負(fù)載，并且造成負(fù)載壽命的減低；同時(shí)對(duì)于一些定功率輸出的負(fù)載，由于輸入電壓的降低將使所需之電流增加，進(jìn)而導(dǎo)致饋線(xiàn)更大的壓降。如此反復(fù)的結(jié)果，甚至 會(huì)造成電壓崩潰 (問(wèn)題。因此，讓整條饋線(xiàn)盡量維持在理想的電壓下，不但對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)是一件非常重要的事，即使對(duì)于電力公司而言，亦代表著電力的供電品質(zhì)，對(duì)一個(gè)自由化的電力市場(chǎng)而言，此項(xiàng)因素?zé)o疑的是同業(yè)間的一項(xiàng)競(jìng)爭(zhēng)利器。 理想配電系統(tǒng)之饋線(xiàn)電壓應(yīng)保持定值，且不易受用戶(hù)負(fù)載之大小與特性所影響。然而，實(shí)際配電系統(tǒng)中，存在許多非電阻性之元件及負(fù)載，造成系統(tǒng)電壓電流相位之差異，產(chǎn)生虛功率之流動(dòng)，因此，負(fù)載端的電壓將隨負(fù)載的需量不同而有所變動(dòng)，降低了系統(tǒng)的供電品質(zhì)。配電系統(tǒng)之電壓調(diào)整 (其目的在調(diào)整用戶(hù)進(jìn)屋端電壓于規(guī)定的容許變動(dòng)范圍內(nèi)。用戶(hù)進(jìn)屋端電壓視高壓線(xiàn)、桿上變壓器、低壓線(xiàn)及接戶(hù)線(xiàn)電壓降及瞬時(shí)電壓變動(dòng)情形而異。配電系統(tǒng)合理的電壓調(diào)整可謂相當(dāng)復(fù)雜，如欲改善用戶(hù)端電壓，需先確立配電系統(tǒng)電壓調(diào)整方式。一般電氣機(jī)器均設(shè)計(jì)于運(yùn)轉(zhuǎn)電壓較額定電壓 (下變動(dòng)不多使用時(shí)始可發(fā)揮其高度的性能。若運(yùn)轉(zhuǎn)電壓愈離額定電壓 (即名牌電壓 )，則機(jī)器特性的影響愈大，其程度自應(yīng)視機(jī)器種別而異。由電氣機(jī)器立場(chǎng)而言，供給電壓變動(dòng)愈少愈佳。機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)電壓范圍設(shè)計(jì)愈寬，不 但制造有困難，其價(jià)格、特性、效率等亦有難點(diǎn)。在某一限界點(diǎn)以上，另設(shè)電壓調(diào)整器 (能較放寬機(jī)器電壓變動(dòng)范圍為經(jīng)濟(jì)。另一方面由電力供給者立場(chǎng)，容許電壓變動(dòng)幅度愈窄，控制所需費(fèi)用愈高。因此，容許電壓變動(dòng)幅度需符合要求，所需電力供給的設(shè)備及電氣機(jī)器兩者費(fèi)用綜合衡量后決定較妥，但事實(shí)上電力供給設(shè)備及用戶(hù)電氣機(jī)器其數(shù)量龐大，實(shí)無(wú)法允許急劇的改變， 大部份電氣機(jī)器規(guī)定容許 5%之變動(dòng)幅動(dòng)，大部份機(jī)器均根據(jù)此規(guī)格制造，故供給電壓容許變動(dòng)幅度，以標(biāo) 9 準(zhǔn)電壓的 5較合理。 配電系統(tǒng)電壓調(diào)整改善之策略甚多，有些是在負(fù)載增加時(shí)，提高配電饋線(xiàn)之送電端電壓，以有效減少饋線(xiàn)用戶(hù)，于輕載與重載間的平均電壓差，即可達(dá)到減少電壓幅度之效果。有些策略則是利用降低饋線(xiàn)阻抗，以期減少線(xiàn)路電壓降與電壓幅度。此外，亦可加裝功因改善設(shè)備，以減低負(fù)載電流，進(jìn)而減少電壓降與電壓幅度。每種策略對(duì)于改善電壓之程度，及所需之成本等皆有其獨(dú)特之處，茲將配電系統(tǒng)用以改善電壓調(diào)整之策略列于下： 1. 利用發(fā)電機(jī)調(diào)壓控制器 ( 2. 裝設(shè)配電變電所調(diào)壓設(shè)備 ( 3. 平衡高壓饋線(xiàn)負(fù)載 (on 4. 擴(kuò)充導(dǎo)線(xiàn)容量 ( 5. 以多相式線(xiàn)路替代單相高壓線(xiàn) (to 6. 轉(zhuǎn)移部份負(fù)載至新設(shè)配電饋線(xiàn)。 7. 提高配電饋線(xiàn)電壓等級(jí) ( 8. 裝用高壓饋線(xiàn)調(diào) 壓器。 9. 裝設(shè)并聯(lián)電容器于高壓配電饋線(xiàn) ( 10. 裝設(shè)串聯(lián)電容器于高壓配電饋線(xiàn) ( 上述之電壓改善方法，究竟采用何者最為妥當(dāng)？其實(shí)并無(wú)一定的規(guī)則。而是需要針對(duì)系統(tǒng)大小、負(fù)載種類(lèi)、既有設(shè)備位置，須調(diào)整之電壓量、供電區(qū)域型態(tài)，及系統(tǒng)將來(lái)之?dāng)U充與負(fù)載增加率等因素，加以慎密研究探討，并依據(jù)過(guò)去之經(jīng)驗(yàn)而后方能決定。 配電系統(tǒng)型態(tài)之選擇應(yīng)考慮用戶(hù) (負(fù)載 )及電業(yè) (臺(tái)電公司 )之需求。雖然有如上述之各種不同配電系統(tǒng)型態(tài)，但仍希望以最小投資以得最適合系統(tǒng)為最后目標(biāo) ，系統(tǒng)之電壓調(diào)整或幅度應(yīng)達(dá)到何種程度，端視用戶(hù)之負(fù)載性質(zhì)及生產(chǎn)過(guò)程所需而定。有些用戶(hù)對(duì)于電壓變化有較大的容許程度，但有些則不行，例如 10 科學(xué)園區(qū)之用戶(hù)，若系統(tǒng)產(chǎn)生過(guò)大之電壓降，導(dǎo)致用戶(hù)保護(hù)電驛跳脫，則在此短時(shí)間的停電過(guò)程中，將可能造成數(shù)億元之虧損；基于此，適當(dāng)且完整的考量用戶(hù)之需求，審慎的評(píng)估配電系統(tǒng)所采行之型態(tài)架構(gòu)，應(yīng)是一個(gè)負(fù)責(zé)任的電業(yè)所應(yīng)具備的條件。 配電系統(tǒng)供電品質(zhì)的提升，應(yīng)從電能的取得充足與穩(wěn)定為基礎(chǔ)，再考慮其安全性及電氣特性影響因數(shù)的改善，而本整合型計(jì)畫(huà)中各子計(jì)畫(huà)以整合分工的方式，針對(duì)其影響因數(shù)加以探 討，以獲得較全面且詳實(shí)的結(jié)果，將有助于配電系統(tǒng)整體供電品質(zhì)與運(yùn)轉(zhuǎn)效率的提升。由于現(xiàn)在用戶(hù)設(shè)備對(duì)電壓變化更為敏感，電壓的過(guò)高或過(guò)低更會(huì)影響設(shè)備壽命及性能，所以電壓調(diào)整特性已成為電力品質(zhì)優(yōu)劣的重要因數(shù)，本子計(jì)畫(huà)以探討配電系統(tǒng)電壓調(diào)整升級(jí)技術(shù)與效益，并加強(qiáng)子計(jì)畫(huà)四虛功率補(bǔ)償電壓調(diào)整方式之不足，對(duì)其他電壓調(diào)整方式作更完整的探討與研究。 基于此，本計(jì)劃依據(jù)在國(guó)內(nèi)外所實(shí)用之不同配電系統(tǒng)型態(tài)與各種電壓調(diào)整策略，完整的研究其對(duì)于各種電壓調(diào)整之影響，探討在不同的配電系統(tǒng)型態(tài)下的效益。完成后，將可提供電業(yè)一份完整且詳細(xì)的參考資 料，以期能幫助系統(tǒng)規(guī)劃及分析人員，有效的針對(duì)未來(lái)的配電自動(dòng)化系統(tǒng)架構(gòu)，及目前擴(kuò)建或改建配電系統(tǒng)時(shí)，一份完整且適當(dāng)?shù)慕ㄗh，以輔助電業(yè)于配電系統(tǒng)之規(guī)劃與分析。 首先，本計(jì)畫(huà)完成國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究報(bào)告及重要文獻(xiàn)之搜集工作，并已取得臺(tái)電實(shí)際配電系統(tǒng)之相關(guān)資料 (包括饋線(xiàn)資料、線(xiàn)路資料、負(fù)載電壓調(diào)整系統(tǒng)資料等 )，及國(guó)內(nèi)外各種不同配電系統(tǒng)型態(tài)之資料等。針對(duì)這些所取得之文獻(xiàn)及資料，同時(shí)利用 套專(zhuān)業(yè)電力及配電分析軟體，分別對(duì)于輻射狀，回路狀及網(wǎng)路狀等配電型態(tài)進(jìn)行正常及故障狀態(tài)下的電壓分析，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，網(wǎng) 路狀架構(gòu)雖然可得到較佳的電壓分布效果，但卻須付出較多的型態(tài)變更成本，因此較適合對(duì)電壓變動(dòng)要求特別嚴(yán)格之區(qū)域，反之，回路狀所須付出的型態(tài)變更成本較低，但在故障狀態(tài)下，電壓變動(dòng)較大?；诖?，本計(jì)畫(huà)提出一折衷型態(tài)，即是將原本回路狀在末端連結(jié)之外，再于饋線(xiàn)的中間部分取一適當(dāng)處多出一條連結(jié)線(xiàn)，使饋線(xiàn)形成雙連結(jié)之回路型態(tài)。此配電型態(tài)經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，無(wú)論在正?；蚬收蠣顟B(tài)下，整條饋線(xiàn)電壓的分布較回路狀佳， 11 并接近于網(wǎng)路狀型態(tài)，且所須之成本只比回路狀多一條連結(jié)線(xiàn)，但卻比網(wǎng)路狀少了許多。 其次，基于之前的研究結(jié)果，并著重于所提出之 雙連結(jié)回路配電系統(tǒng)型態(tài)，針對(duì)連結(jié)線(xiàn)于饋線(xiàn)上的位置選定，進(jìn)行最佳化的理論分析與研究，同時(shí)針對(duì)饋線(xiàn)于正常及故障狀態(tài)下，使其電壓分布之情形能有最佳之狀態(tài)。因此本年度提出一最佳的連結(jié)位置之選定規(guī)劃，使于先前計(jì)畫(huà)中所提出之雙連結(jié)回路配電系統(tǒng)型態(tài)，有最佳的電壓調(diào)整效益。 最后，延續(xù)早先的研究結(jié)果，本計(jì)畫(huà)以常用之電壓改善技術(shù)同時(shí)結(jié)合在一起，其中包括：有載分接頭切換器 (變電所并聯(lián)電容器組及饋線(xiàn)上之并聯(lián)電容器組等，應(yīng)用于所提出之雙連結(jié)回路配電系統(tǒng)型態(tài)上，以多目標(biāo)規(guī)劃方式，將電壓分布，虛功潮流，及線(xiàn)路損失等同時(shí)最佳 化，并在系統(tǒng)電壓及電流之限制條件下，提供一套完整的最佳化改善策略與運(yùn)轉(zhuǎn)控制。本計(jì)畫(huà)將可提供系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)人員一個(gè)完整之解決方案。 1研究步驟 本計(jì)劃之所進(jìn)行之研究步驟如下條列所示： 首先于饋線(xiàn)架構(gòu)之選定上步驟如下： 1. 搜集國(guó)內(nèi)及國(guó)外之相關(guān)研究報(bào)告、重要文獻(xiàn)及參考資料。 2. 配電系統(tǒng)之資料搜集 (包括饋線(xiàn)資料、線(xiàn)路資料、負(fù)載資料、電壓調(diào)整系統(tǒng)資料、臺(tái)電相關(guān)之饋線(xiàn)歷史記錄 等 )。 3. 國(guó)內(nèi)及國(guó)外之各種不同配電系統(tǒng)型態(tài)資料的建立。 4. 配電系統(tǒng)各種電壓調(diào)整改善策略之分析與研究。 5. 配電系統(tǒng)負(fù)載潮流模擬程式之建立。 6. 配電系統(tǒng)電 壓調(diào)整率模擬程式之建立。 7. 各種電壓調(diào)整改善策略對(duì)不同配電系統(tǒng)型態(tài)電壓調(diào)整影響之分析與研究。 8. 電壓調(diào)整于各種電壓調(diào)整改善策略對(duì)不同配電系統(tǒng)型態(tài)之優(yōu)劣分析 12 與探討。 9. 撰寫(xiě)年度報(bào)告 其次于雙連結(jié)回路之最佳位置選定上步驟如下： 1. 搜集國(guó)內(nèi)及國(guó)外之相關(guān)研究報(bào)告、重要文獻(xiàn)及參考資料。 2. 配電系統(tǒng)之饋線(xiàn)資料搜集。 3. 配電系統(tǒng)最佳化理論分析與建立。 4. 多目標(biāo)規(guī)劃法之推導(dǎo)、分析及改善。 5. 目標(biāo)函數(shù)之推導(dǎo)、分析與相關(guān)研究。 6. 配電系統(tǒng)不同饋線(xiàn)結(jié)構(gòu)之分析與研究。 7. 雙連結(jié)回路系統(tǒng)之饋線(xiàn)結(jié)構(gòu)最佳化程式建立。 8. 雙連結(jié)回路系統(tǒng)饋線(xiàn)結(jié)構(gòu)對(duì)電壓調(diào)整影 響之分析與研究。 9. 雙連結(jié)回路系統(tǒng)饋線(xiàn)結(jié)構(gòu)與其他饋線(xiàn)結(jié)構(gòu)型態(tài)之優(yōu)劣分析與探討。 10. 根據(jù)臺(tái)電的實(shí)際饋線(xiàn)資料，進(jìn)行程式模擬及實(shí)例分析。 11. 撰寫(xiě)年度報(bào)告。 最后于電壓改善之最佳化 1. 搜集國(guó)內(nèi)及國(guó)外之相關(guān)研究報(bào)告、重要文獻(xiàn)及參考資料。 2. 臺(tái)電配電系統(tǒng)之饋線(xiàn)資料搜集 (包括變電所并聯(lián)電容器組資料、主變壓器 路資料、負(fù)載資料、饋線(xiàn)上之切換式并聯(lián)電容器組資料，電壓調(diào)整系統(tǒng)資料、臺(tái)電相關(guān)之饋線(xiàn)歷史記錄 等 )。 3. 臺(tái)電于主變壓器 4. 臺(tái)電于變電所及饋線(xiàn)上之并聯(lián)電 容器的設(shè)定策略分析及研究。 5. 雙連結(jié)回路系統(tǒng)之多目標(biāo)最佳化理論分析與建立。 6. 雙連結(jié)回路系統(tǒng)饋線(xiàn)結(jié)構(gòu)與電壓調(diào)整改善策略并用之分析與研究。 7. 目標(biāo)函數(shù)之推導(dǎo)、分析與相關(guān)研究。 13 8. 配電系統(tǒng)多目標(biāo)最佳化程式之建立。 9. 根據(jù)臺(tái)電的實(shí)際饋線(xiàn)資料，進(jìn)行程式模擬及實(shí)例分析。 10. 撰寫(xiě)年度報(bào)告。 14 第二章 多目標(biāo)最佳化與遺傳演算法 2加權(quán)均值式求解法 在多目標(biāo)規(guī)劃的問(wèn)題中，有些目標(biāo)函數(shù)之間并無(wú)明顯的絕對(duì)關(guān)系，即是在求解的過(guò)程當(dāng)中，若某一函數(shù)值變好時(shí)并不一定表示另外的函數(shù)值會(huì)變好或變壞；有鑒于此，本節(jié)提出另一個(gè)多目標(biāo)求解法， 其目的也是希望能找出一個(gè)解，讓問(wèn)題中所有的目標(biāo)函數(shù)均能同時(shí)達(dá)到最佳的情況，但是由于解只能有一個(gè)，而目標(biāo)函數(shù)卻可能有很多項(xiàng)，因此決策者必須依據(jù)所需，在所有的目標(biāo)函數(shù)之間作一些取舍。 如前所述，對(duì)于多目標(biāo)規(guī)劃的問(wèn)題大多以乘上加權(quán)值的方式來(lái)求解，如下所示： T W O W O W On n 1 1 2 2 . . . . . . . (2利用上式即可將整個(gè)多目標(biāo)函數(shù)變成單目標(biāo)規(guī)劃的問(wèn)題，如此一來(lái)雖然可以很容易的求解，但是目標(biāo)函數(shù)之間的單位并不相同，彼此之間也很難有對(duì)映的轉(zhuǎn)換關(guān)系。因此，如何決定權(quán)重值 W ，以代表決策者對(duì)于目標(biāo)函數(shù)之間的輕重關(guān)系，就變得非常困難，甚至于根本無(wú)法完成?；诖耍竟?jié)將提出新的加權(quán)均值式求解法，使得使用者在求解的過(guò)程中，不需要考慮目標(biāo)函數(shù)間的單位差異關(guān)系，即可順利解決此多目標(biāo)規(guī)劃問(wèn)題，求解出最佳的解決方案，以滿(mǎn)足使用者的要求。 加權(quán)均值式求解法系由兩個(gè)步驟所組成，詳述如下。 【步驟一】 先對(duì)單一目標(biāo)函數(shù) 遺傳演算法進(jìn)行最佳化求解，而不考慮其余目標(biāo) 15 函數(shù)的影響，如下所示： 最小化 并滿(mǎn)足 所 有限制條件 (2假設(shè)所求得之解為 則所有目標(biāo)函數(shù)在 構(gòu)下所得之值如下所示： O S O i d e a 2111(.() =) ) 如果遺傳演算法所求得之解為全域最佳解，那么上式中的 定是目標(biāo)函數(shù) 最佳值，而 為目標(biāo)函數(shù) 最佳解。換言之，無(wú)論將來(lái)是否一 起考慮其余目標(biāo)函數(shù)，都絕對(duì)無(wú)法再找到更佳的解，因此上式中以下標(biāo) 同理，再對(duì)目標(biāo)函數(shù) 行單一目標(biāo)函數(shù)的最佳化求解，如下所示： 最小化 并滿(mǎn)足 所有限制條件 (2假設(shè)所求得之解為 則所有目標(biāo)函數(shù)在 構(gòu)下所得之值如下所示： 16 O i d e a 222(.() ) = ) 如前所述，上式中的 目標(biāo)函數(shù) 最佳值，亦即為最理想之值。接下來(lái)，繼續(xù)的重復(fù)此一過(guò)程，對(duì)其余的目標(biāo)函數(shù)分別求出在單一目標(biāo)要求下，求得之最佳解。 由上述的過(guò)程中，可以得到每一個(gè)目標(biāo)函數(shù)的最佳值，亦即為最理想值，分別為， . 和 同時(shí)再根據(jù)上述的結(jié)果，并利用下面的式子來(lái)求得非理想 (。 O O S O S O Sn o n i d e a l 1 12 3 m a x ( ( ( ( ), ), . . . . . . . , ) O O S O S O Sn o n i d e a l 2 21 3 m a x ( ( ( ( ), ), . . . . . . . , ) . . O O S O S O Sn n O n O n On o n i d e a l n m a x ( ( ( ( )1 2 1), ), . . . . . . . , ) (2【步驟二】 根據(jù)步驟一的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)， . 和 為理論上的最佳解答，但實(shí)際上可能無(wú)法找到一個(gè)解答 S ，同時(shí)使得所有的目標(biāo)函數(shù) 均為理想值。同理， O . 和 則是理論上的較差解；基于此，我們分別將所有的 視為最佳化的方向，并且把 視為最佳化過(guò)程中的底部，找出一個(gè)相對(duì)接近所有的 的解來(lái)當(dāng)成最佳解，如下所示： 17 最小化 T W O ii ii i d e a ln o n i d e a l i d e a l 1并滿(mǎn)足 所有限制條件 (2其中 W 1100% 由上面的式子可以發(fā)現(xiàn)， 其最佳化的函數(shù)式已經(jīng)不是原來(lái)的目標(biāo)函數(shù)，而是類(lèi)似經(jīng)過(guò)均值化 (結(jié)果，如此一來(lái)，當(dāng)要決定加權(quán)值 ，只需要根據(jù)決策者對(duì)于各個(gè)目標(biāo)函數(shù)的重視程度，適當(dāng)?shù)膶?duì)每一個(gè)目標(biāo)函數(shù)的加權(quán)值予以分配即可，對(duì)于目標(biāo)函數(shù)之間單位不同的問(wèn)題，則完全不需要加以考慮。 圖 2 開(kāi)始以 遺 傳 演 算 法 求 ( 2 式 並 找 出 最 佳 解結(jié)束以 遺 傳 演 算 法 求 出O O Oi d e a l i d e a l i d e a , . . . ,根據(jù) ( 2 - 1 2)式 找 出O O On o n i d e a l n o n i d e a l n o n i d e a , , . . . ,使 用 者 根 據(jù) 需 求決定加權(quán)項(xiàng) 加權(quán)均值式求解法之流程圖 18 2遺傳演算法 遺傳演算法的基本概念是在 1970年 代由密西根大學(xué)的 授首先提出。當(dāng)時(shí) 授以及他的學(xué)生希望發(fā)展一種人工系統(tǒng)(能夠詳細(xì)的描述自然界進(jìn)化的適應(yīng)性過(guò)程，并期望此系統(tǒng)至少可以模擬一些自然進(jìn)化時(shí)所需的重要機(jī)制。基于此研究目標(biāo)下發(fā)展出了遺傳演算法的雛形。 到了 1980年代，當(dāng)年 授成功的將遺傳演算法應(yīng)用于管線(xiàn)運(yùn)輸 (控制，并以此論文獲得了 1985年的青年研究學(xué)者總統(tǒng) 獎(jiǎng) (1985 使得遺傳演算法的潛力受到學(xué)術(shù)界的重視；之后， 續(xù)發(fā)表了許多論文及專(zhuān)書(shū)，建立了遺傳演算法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。至此，學(xué)者們便不再懷疑遺傳演算法的收斂性問(wèn)題，而開(kāi)始大量的將遺傳演算法應(yīng)用到各種有關(guān)控制及最佳化的工程領(lǐng)域上。而到了 1980年代后期，更有每年定期開(kāi)會(huì)的遺傳演算法的國(guó)際研討會(huì)。 基本上，遺傳演算法是一種基于模擬自然界 優(yōu)勝劣敗、適者生存 的搜尋法則，雖然屬于一種隨機(jī)搜尋模式，但它并不是 盲目的去搜尋解答。藉由模擬達(dá)爾文進(jìn)化論 ( 最適者生存 的自然法則，遺傳演算法能有效率的搜尋復(fù)雜問(wèn)題的最佳解。也因?yàn)檫z傳演算法是使用隨機(jī)搜尋模式而非斜率搜尋模式，經(jīng)由基因交換及突變等運(yùn)算子 (操作，遺傳演算法不會(huì)像一般搜尋法一樣，會(huì)有陷于局部最佳解無(wú)法跳出的情況產(chǎn)生。此外，由于遺傳演算法對(duì)于求解問(wèn)題上的限制很少，在求解前所需的已知條件也很少，因此遺傳演算法被認(rèn)為是一種強(qiáng)健的搜尋法則，其基本流程圖如圖 2 19 開(kāi)始初 始 化 : 產(chǎn) 生 第 一 代 族 群計(jì) 算 族 群 中 各 個(gè) 染 色體 的 適 合 度 函 數(shù) 值選 出 較 佳 的 染 色體 以 進(jìn) 行 配 對(duì)進(jìn) 行 基 因 配 對(duì) 及 突變 以 產(chǎn) 生 子 代計(jì) 算 子 代 中 各 個(gè) 染 色體 的 適 合 度 函 數(shù) 值將 子 代 中 適 合 度 值 較 佳 之 染色 體 保 留 並 去 除 父 代 中 具 較差 適 合 度 值 的 染 色 體是 否 收 斂 ?結(jié)束否是圖 2遺傳演算法的基本流程圖 2遺傳演算法基本工作原理 遺傳演算法系利用人工染色體來(lái)描述問(wèn)題，人工染色體通常由許多二進(jìn)制的基因所組成，圖 2色體中的基因必須與問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)具有相當(dāng)程度的關(guān)聯(lián)，當(dāng)二者之間的關(guān)聯(lián)性愈強(qiáng)時(shí)則求解的效率愈高。而每個(gè)染色體之后都聯(lián)結(jié)一適合度值 (辨別該染色體的優(yōu)劣，適合度函數(shù)應(yīng)細(xì)心的設(shè)計(jì)以使族群中優(yōu)良的染色體能被凸顯出來(lái)。然后，問(wèn)題的求解就在適合度函數(shù)的進(jìn)化過(guò)程中進(jìn)行。遺傳演算法的三個(gè)基 本運(yùn)算子為：染色體復(fù)制、基因交換、及基因突變。這三個(gè)運(yùn)算子的工作原理將在下面小節(jié)中詳述。 20 1 0 1 1 . 0 合度值 圖 2典型人工染色體之結(jié)構(gòu) 2染色體復(fù)制 由父代族群 (衍出子代族群 (第一個(gè)步驟是染色體復(fù)制。染色體復(fù)制的主要工作是選擇父代族群中優(yōu)良的染色體來(lái)演化出下一代。這里所謂的 優(yōu)良染色體 指的便是適合度值較佳的染色體，也就是目標(biāo)函數(shù)值較好的染色 體。在本論文中，我們采用 輪盤(pán)式父代選擇法 (選擇優(yōu)良的父母以演化出下一代染色體，它包含了三個(gè)主要步驟，如下所述： 1. 將族群中全部的染色體之適合度值相加，得到一個(gè)算術(shù)和，稱(chēng)之為 2. 隨機(jī)的產(chǎn)生一個(gè)介于 0到 。 3. 從族群中的第一個(gè)染色體開(kāi)始，當(dāng)它的適合度值與之前所有染色體的適合度值相加后之值，大于或等于 染色體便獲選參加配對(duì)。 但是在執(zhí)行這三個(gè)步驟之前，必須先算出所有染色體的適合度值，再將 族群中的染色體依適合度值的大小，由高至低順序的做好排序。如此一來(lái)，對(duì)于適合度值愈高的染色體，在輪盤(pán)上所占的面積就愈大，被選中的機(jī)會(huì)自然很高，反之，適合度值較低者，在輪盤(pán)上所占面積則較小，能參予配對(duì)的機(jī)會(huì)自然就不多了。此方法完全依照適合度值的優(yōu)劣給予不同的配對(duì)機(jī)率，正好符合自然界 優(yōu)勝劣敗 的自然選擇精神。 2基因交換 基因交換是整個(gè)遺傳演算法中最重要的一個(gè)運(yùn)算子，它是藉由將二個(gè)父代染色體中的基因做交換或重新排列組合以產(chǎn)生二個(gè)新的子代。這項(xiàng)操作就好像 21 二位科學(xué)家彼此交換研究資料一樣。新產(chǎn)生的 子代染色體往往因?yàn)橥瑫r(shí)擁有二個(gè)父代染色體中的優(yōu)秀基因而使得它的適合度值比其父代染色體還要高。 在本論文中，采用了一種新的基因交換技術(shù)稱(chēng)為 制式交換法 (制式交換法會(huì)產(chǎn)生一個(gè)和父代染色體結(jié)構(gòu)相同的二進(jìn)制覆罩(覆罩內(nèi)是利用隨機(jī)亂數(shù)所產(chǎn)生的二進(jìn)制值，然后二個(gè)父代染色體便依照此覆罩上的二進(jìn)制值來(lái)做基因交換，以產(chǎn)生子代，再覆罩中 1代表基因交換， 0則代表不交換，如圖 2 父親 : 母親 : 隨機(jī)覆罩 : 0 1 0 1 1 0 0 子女 A : 子女 B : 圖 2染色體之制式交換法 明了制式交換法的收斂速度的確優(yōu)于傳統(tǒng)的單點(diǎn)交換法(雙點(diǎn)交換法 (基于此，本論文采用此制式交換法，作為基因交換的方式。 2基因突變 自然界的演進(jìn)除了依靠?jī)?yōu)勝劣敗的進(jìn)化理論之外，還有一項(xiàng)重要的因 素就是突變。突變隱含了一些往較好的方向瞬間變化的機(jī)會(huì)，而在遺傳演算法的進(jìn)化過(guò)程中，雖然只靠染色體復(fù)制和基因交換即可搜尋求解，但是有時(shí)太相近的父代染色體所演化出的下一代，將會(huì)因?yàn)榕c父代相似而使搜尋點(diǎn)在求解空間上被局限于某一范圍，如此一來(lái)光靠基因交換將使問(wèn)題的求解陷在某一點(diǎn)而無(wú)法跳出。利用基因突變便能有效的克服此一弱點(diǎn)?；蛲蛔兪侵冈谌斯と旧w中的某一個(gè)隨機(jī)位置，其基因值發(fā)生突然的變化，如圖 2變顯然能提 22 供染色體一個(gè)突然進(jìn)化的機(jī)會(huì)，但另一方面，突變也可能讓染色體往較壞的方向變化，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示經(jīng)常性 的突變并不能加快求解的收斂速度，因此突變的機(jī)率通常都不會(huì)定的太高，以兼顧求解的品質(zhì)及收斂的速度。 父代 : * 子代 : 圖 2染色體之突變 2遺傳演算法的實(shí)例說(shuō)明 在本節(jié)中將以一個(gè)簡(jiǎn)單的最佳化實(shí)例，來(lái)示范如何進(jìn)行遺傳演算法的求解。 【實(shí)例】 考慮一個(gè)簡(jiǎn)單的最佳化問(wèn)題如下： f ( )x x 2 ，試求使函數(shù) f(x) 有最大值之 x 。 各類(lèi)參數(shù)值如下： o 染色體字串的位元數(shù)： 5o 族群大小 ( 4 o 基因交換機(jī)率 ( 1.0 o 突變機(jī)率 ( 0 染色體字串的編碼方式如下所示： 23 b4 b3 b2 b1 24 23 22 21 20 x b i ( )204 b 0 , 1 i 因?yàn)槿旧w的字串長(zhǎng)度為 5先利用隨機(jī)投擲五個(gè)硬幣來(lái)產(chǎn)生初始族群，其中正面代表 1，反面代表 0。由于族群大小為 4，這項(xiàng)工作要重復(fù)進(jìn)行四次。所產(chǎn)生的四個(gè)染色體字串及其對(duì)應(yīng)的各種函數(shù)值如表 2 接著便可依照這四個(gè)染色體字串的適合度值來(lái)建立一個(gè)輪盤(pán)，如圖 2后利用 輪盤(pán)式父代選擇法 從輪盤(pán)中選出參加配對(duì)的父母染色體，最后以 單點(diǎn)交換法 對(duì)已配對(duì)的父母染色體做基因交換。此配對(duì)及基因交換的結(jié)果如表 2示。從表 2表 2結(jié)果可看出，在初始族群中 f(x)的總和、平均值及最佳值分別為 1170、 293 及 576，但到了第二代族群中， f(x)的這些相對(duì)應(yīng)值便已進(jìn)化到 1754、 439及 729。由這個(gè)現(xiàn)象可以體會(huì) 到遺傳演算法的進(jìn)化 (求解 )過(guò)程，的確能夠產(chǎn)生出較良好的子代。 表 2初始族群 染色體 字串 初始 族群 x f(x) f (%) fi/f 配對(duì) 次數(shù) (1) 01101 13 169 (2) 11000 24 576 (3) 01000 8 64 (4) 10011 19 361 總和 ( f) 1170 均 (f) 293 大值 576 24 ( 4 )3 1 %( 2 )4 9 %( 1 )1 4 %( 3 )6%圖 2利用適合度值來(lái)建立一個(gè)輪盤(pán) 表 2染色體復(fù)制及基因交換 輪盤(pán)法 配對(duì) 染色體 復(fù)制 交換