[发明专利]基于混合仿真技术的架空配电网避雷器安装位置优化方法

摘要

本发明公开了一种基于混合仿真技术的架空配电网避雷器安装位置优化方法，本发明结合电磁暂态分析软件ATP‑EMTP和优化方法设计软件MATLAB的混合仿真技术，采用二进制粒子群优化方法对架空配电网避雷器安装位置进行了高效的优化设计，可最大限度地实现架空配电网防雷效果和经济效益的最优化，具有现有技术所不具备的以下优点：借助ATP‑EMTP和MATLAB的混合仿真技术，可以自动实现架空配电网避雷器安装数量和安装位置的优化设计，线路的闪络次数更低，防雷效果更佳，且在保证避雷器数量相同的前提下可实现经济效益更高。

主权项

1.一种基于混合仿真技术的架空配电网避雷器安装位置优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将架空配电网中杆塔的地理坐标信息、杆塔数量d、杆塔之间架空线路连接信息、线路档距输入到电磁暂态分析软件ATP‑EMTP中。(2)运行ATP‑EMTP软件，产生ATP文件，把产生的ATP文件传送到MATLAB软件所在文件夹中。(3)在MATLAB软件中设置初始参数，包括二进制粒子群优化方法中最大迭代次数Imax、粒子群规模N、惯量权重的最大值ωmax、惯量权重的最小值ωmin、加速系数c1和c2，雷击模型中的间接雷击次数n。(4)产生n次间接雷击的雷击模型，雷击模型包括雷击点坐标、雷电流幅值以及波长，得到雷击矩阵N2，即N2＝{wij，i＝1,2,3,…,n，j＝1,2,3,4}，其中wij表示雷击矩阵N2中第i行第j列的元素。(5)计算架空配电网中杆塔未安装避雷器时的基准风险系数Rb。(6)随机产生一个二进制编码的粒子群P＝{Pl,l＝1,2,…,N}，其中第l个粒子Pl＝[Pl1,Pl2,…,Plh,…,Pld],h＝1,2,…,d，Pl表示对d个杆塔是否安装避雷器的状态进行二进制编码的二进制向量，Plh表示第l个粒子中第h维变量的位置值，Plh的定义为：若第h基杆塔安装了避雷器，则Plh＝1；若第h基杆塔未安装避雷器，则Plh＝0；并随机产生每个粒子Pl在[Vmin,Vmax]范围内的速度值Vl＝[Vl1,Vl2,…,Vlh,…,Vld],l＝1,2,…,N,h＝1,2,…,d，其中Vmin和Vmax分别表示每个粒子速度的最小值和最大值，Vlh表示第l个粒子中第h维变量的速度值；设置当前每个粒子的最佳位置的二进制向量pbl＝Pl，即pblh＝Plh,l＝1,2,…,N；h＝1,2,…,d，其中pbl表示第l个粒子的最佳位置的二进制向量，pblh表示第l个粒子中第h维变量的最佳位置值。(7)计算架空配电网中杆塔按照Pl安装避雷器时的风险系数Rl，l＝1,2,…,N。(8)按照公式(5)计算粒子群P中每个粒子Pl的适应度值J(Pl),l＝1,2,…,N，将粒子群中的最大适应度值标记为当前全局最优的适应度值Fbest，即Fbest＝max{J(Pl),l＝1,2,…,N}，将对应的粒子标记为当前最优的粒子gb；J(Pl)＝(Rb‑Rl)·Ng·A·T·Cf‑Csa·Nsa  (5)其中，Ng表示地闪密度，A表示避雷器设计时考虑的地域面积，T表示避雷器的使用寿命，Cf表示一个闪络事件对应的经济代价估计值，Csa表示每个避雷器的成本，Nsa表示安装避雷器的数量；(9)按照公式(6)～(7)对每个粒子的速度进行更新，按照公式(8)～(9)对每个粒子的位置进行更新，获得更新后的每个粒子的位置Pul＝[Pul1,Pul2,…,Pulh,…,Puld],l＝1,2,…,N；h＝1,2,…,d，获得更新后的每个粒子的速度Vul＝[Vul1,Vul2,…,Vulh,…,Vuld],l＝1,2,…,N；h＝1,2,…,d，设置更新后的粒子群为PU，令PU＝{Pul,l＝1,2,…,N}；Vulh＝ω·Vlh+c1·r1·(pblh‑Plh)+c2·r2·(gbh‑Plh),l＝1,2,…,N；h＝1,2,…,d  (6)其中，Vulh表示第l个粒子中第h维变量更新后的速度值，Pulh表示第l个粒子中第h维变量更新后的位置值，ω表示惯量权重，k表示当前迭代次数，ωmax表示惯量权重ω的最大值，ωmin表示惯量权重ω的最小值，r1、r2和r3表示介于0和1之间随机产生的随机数，c1和c2表示加速系数，s(Vulh)表示Vulh映射的概率函数；(10)令Pl＝Pul，根据步骤(7)和(8)所示的方法，计算更新后的粒子群PU中每个粒子Pul的适应度值J(Pul)，l＝1,2,…,N，将PU中的最大适应度值标记为FUb，即FUb＝max{J(Pul),l＝1,2,…,N}，将对应的粒子标记为PU中最优的粒子gUb；(11)更新粒子群P中每个粒子的最优位置，具体实现如下：若J(pbl)≤J(Pul),l＝1,2,…,N，则设置pbl＝Pul,J(pbl)＝J(Pul)；否则，pbl和J(pbl)保持不变；(12)更新粒子群P的全局最优位置，具体实现如下：若Fbest≤FUb，则设置gb＝gUb,Fbest＝FUb；否则，gb和Fbest保持不变；(13)无条件接受P＝PU，Vl＝Vul,l＝1,2,…,N；(14)判断当前迭代次数k是否小于最大迭代次数Imax？若是，则返回步骤(7)；否则，则进入步骤(15)；(15)输出粒子群的全局最优位置gb和对应的最优适应度值Fbest，根据gb的二进制向量也即获得了架空配电网避雷器安装位置的最佳设计方案。