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专利号: 2021115299355
申请人: 江南大学
专利类型:发明专利
专利状态:授权未缴费
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2025-07-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于麻雀搜索算法和模拟电荷法的输电线电场计算方法,其特征在于,所述方法包括:

将输电线中模拟线电荷到轴心的距离作为待寻优的变量,将分布在输电线表面的若干校验点的电位的平均电位误差函数作为适应度函数,利用改进的麻雀搜索算法进行寻优;

根据寻优得到的最优模拟线电荷计算场域内任意一点的电位或电场强度值。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法包括:S1:构建三维输电线模型,设置匹配点、校验点,所述匹配点和校验点均匀地分布在输电线表面且电位已知;

S2:初始化参数,包括:麻雀种群数量N,寻优变量的维度D,所述维度D等于模拟线电荷的数量,搜索空间的上下界lb和ub,种群中发现者的起始比例ωstart和终止比例ωend;

S3:将所述模拟线电荷到轴心的距离作为寻优变量,并采用改进的Sine混沌映射生成的序列初始化麻雀种群;

S4:利用所述匹配点的电位计算模拟线电荷值;

S5:利用计算得到的所述模拟线电荷值,计算所述校验点的电位,并与所述校验点的已知电位进行相对误差计算,将每个点的误差进行平均,得到所述适应度函数;

S6:采用动态比例因子,自适应调整麻雀种群中的发现者和跟随者的比例;

S7:根据麻雀搜索算法更新麻雀种群中发现者和跟随者的位置;

S8:根据自适应步长调整策略更新麻雀种群中的侦察者的位置;

S9:采用Tanimoto相似度函数判断算法是否陷入了局部最优,同时根据相似度的大小引入了自适应T分布变异策略以及Levy飞行扰动策略对当前全局最优位置进行调节,促使算法跳出局部最优解;

S10:按照贪婪规则更新最优位置及最优适应度值;

S11:判断是否已达到最大迭代次数,如果不满足,则返回S4;如果满足,则输出当前最优位置及最优适应度值的最优模拟线电荷。

3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述S3中的改进的Sine混沌映射引入了余弦因子,表达式如下:

其中,a表示常量系数,rand表示(0,1)的随机数,mod表示取模函数,经过多次迭代产生混沌序列,用于产生初始化麻雀种群,yp表示第p次迭代产生的值。

4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述S5中适应度函数为:式中,U表示所述校验点的个数, 表示计算得到的第u个校验点处的电位, 表示第u个校验点处的已知电位值;

寻优变量的搜索空间为:

subject to:ru(u=1,2,…,U)∈(0,Req)式中,Req是输电线的等效半径;

所述输电线的等效半径Req为:其中,R表示输电线的分裂间距,r表示输电线的分裂子导线的半径,m表示子导线个数。

5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述S6中动态比例因子的表达式为:其中,ω表示发现者在种群中的比例,ωstart表示起始比例,ωend表示终止比例,iter表示当前迭代次数,itermax表示最大迭代次数。

6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述S7中根据麻雀搜索算法更新麻雀种群中发现者和跟随者的位置包括:

发现者位置更新:

式中,t表示当前迭代次数,Tmax表示最大迭代次数,α表示一个均匀随机数,Q是服从标准正态分布的随机数,L表示维度为1×d的全一矩阵,R2和ST分别表示预警值和安全值;

跟随者位置更新:

式中, 表示第t次迭代中麻雀在第d维的最差位置, 表示第t+1次迭代中麻雀在第d维的最优位置,h表示种群中第h只麻雀,A表示一个1×d的矩阵,每个元素随机赋值为±+ T T ‑1

1,且A=A(AA) 。

7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述S8中根据自适应步长调整策略更新麻雀种群中的侦察者的位置包括:

其中,β表示步长控制参数,K表示麻雀移动的方向,同时也控制步长,e表示一个极小数,用于避免分母为0,fh表示第h只麻雀的适应度值,fg和fw分别是当前麻雀种群的最优和最差适应度值。

8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述S9包括:通过计算更新前后全局最优位置Xbest的Tanimoto相似度系数,根据与相似度阈值的大小关系选择不同的变异扰动策略;

当相似度小于相似度阈值,表示发生扩散现象,采用Levy飞行策略进行扰动;

当相似度大于相似度阈值,表明发生聚集现象,采用自适应T分布变异进行干预;

所述Tanimoto相似度系数的计算表达式为:其中, 表示第t次迭代后的全局最优位置, 表示迭代前的全局最优位置;

整体的变异扰动策略为:

Tan<TanST

Tan≥TanST

其中,Xbest表示扰动之前的全局最优位置, 表示扰动后的全局最优位置,Tan表示两者的相似度值,TanST表示相似度的阈值,randn(D)表示服从标准正态分布的D维随机向量,Levy(D)表示D维的Levy随机向量,Xe表示一个随机个体的位置,T(D,t)表示服从自由度为t的D维T分布随机向量,所述自由度t为当前迭代次数。

9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述利用所述匹配点的电位计算模拟线电荷值的过程包括:

用Qj表示第j个模拟电荷,j∈[1,n];用Mi表示第i个匹配点,i∈[1,k],匹配点的电位为根据叠加原理,每个匹配点的电位均由所有模拟电荷叠加产生,因此构建由n个模拟电荷组成的电位方程组:

构建等价的矩阵方程:

其中,矩阵P为电位系数矩阵,其元素Pij表示第j段模拟电荷在第i个匹配点处产生的电位系数;Pij仅与模拟电荷和匹配点的位置有关,与电荷大小无关; 为匹配点的电位矩阵;

使用高斯列主元消去法求解模拟电荷值矩阵Q。

10.一种架空光缆挂点位置确定方法,其特征在于,所述方法采用权利要求1‑9任一所述的基于改进的麻雀搜索优化模拟电荷法的输电线电场计算方法计算出杆塔上可悬挂架空光缆的各个点处的电场值,进而选取电场值最小的点作为架空光缆挂点。