[发明专利]一种GIS母线外壳温度测点布置优化方法

权利要求书

1.一种GIS母线外壳温度测点布置优化方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤S1：构建三维坐标系和GIS母线的三维模型，对多物理场耦合三维模型进行磁场—流场—温度场分析，利用有限元计算得出正常状态下GIS母线壳体的整体温度分布，将不同电压等级的母线按标准单元划分区段并选择测点布置区段，此区段的三维坐标定义域为可行解空间；

步骤S2：在三维模型的测点布置区段中选取m个插值温度T'未知的点，利用GIS母线三维测点布置区段中n个待布置传感器的温度测点的温度信息分配影响权重，引入克里金空间插值法，依次插值出m个点的插值温度T'，然后计算m个点的插值温度T'与有限元仿真计算出的温度T之间的平方根均值误差；

步骤S3：在可行解空间内随机选取n个点作为待布置传感器的温度测点，将所有点的坐标构成一个初始向量i₀，将初始向量i₀作为初始值输入MATLAB的模拟退火算法中，将平方根均值误差作为模拟退火算法的适应度函数f(i)，给定模拟退火算法的其余初始参数包括初始模拟退火温度T₀和马尔科夫链的长度L₀，计算适应度函数f(i)的最小值minf(i)，适应度函数f(i)的最小值minf(i)向量即为最优解向量，包含的n个坐标即为GIS母线外壳上最佳温度测点的布置；

在三维测点布置区段中随机选取m个待插值温度点，根据空间插值法的原理，在已知空间上若干离散点(x_i,y_i,z_i)的温度属性的观测值Z_i＝(x_i,y_i,z_i)的条件下，估算空间上任意一点(x,y,z)的温度值；由于GIS结构比较复杂，各个测点之间的距离分布不均且处于三维结构中，因此引入基于影响权重分配的克里金插值法，克里金插值公式如下：

其中是点(x,y,z)处的估计值，即Z₀＝Z(x₀,y₀,z₀)；λ_i是权重系数；克里金插值法利用数据加权求和来估算未知点的值，权重系数是能够满足点(x₀,y₀,z₀)处的估算值与真实值Z₀的差最小的一套最优系数；

依据克里金插值原理，对n个传感器布置点的温度信息分配权重系数，依次预测出m个点的待插温度值T'(x'_j,y'_j,z'_j)，j＝1,2,…m.；将m个测点的插值温度信息与仿真温度T(x_j,y_j,z_j)作对比，求两者之间的均方误差，以此来构建模拟退火算法的适应度函数；

适应度函数设置约束条件：

(1)针对不同区段在三维空间坐标系中的位置，设定传感器布置点坐标的可行域范围；

(2)为避免n个布置点之间距离过近，传感器之间相互干扰使得插值结果受到影响，要对布点的均匀性设置约束；对于一个解i＝(x₁,y₁,z₁,x₂,y₂,z₂,···,x_n,y_n,z_n)，设其重心坐标为(x_w,y_w,z_w)，w∈(1,n)w属于1-n中的参数，定义一个分散距离若d＜d₀，d₀为距离的阈值，则给该解对应的适应度函数值加一个惩罚值以滤除该解；

综合以上分析，适应度函数表示为：

其中，为m个待插点的插值温度，T(x_j,y_j,z_j)为m个待插点的仿真温度，Z(x_i,y_i,z_i)为n个优化测点的温度。