[發(fā)明專利]基于量子遺傳算法的高壓開關(guān)柜絕緣子電場優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210225137.8
• 申請日: 2012-07-02
• 公開（公告）號: CN102768701A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 苗紅霞;齊本勝;代佳佳;石瀟鋒;趙國芬
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)常州校區(qū)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06N3/12
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林;許婉靜

1.一種基于量子遺傳算法的高壓開關(guān)柜絕緣子電場優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)建立高壓開關(guān)柜絕緣子幾何模型；

2）采用有限元軟件ANSOFT-MAXWELL對高壓開關(guān)柜絕緣子模型進(jìn)行靜電場仿真，得到最大電場強度值并確定影響電場分布和最大場強的結(jié)構(gòu)因素，過程是：先設(shè)定一個結(jié)構(gòu)初值，仿真，得到該結(jié)構(gòu)的最大電場強度值，再改變結(jié)構(gòu)值，仿真，再得到一個最大電場強度值，進(jìn)行多次仿真，對多次仿真得到的最大電場強度值與設(shè)定的結(jié)構(gòu)值進(jìn)行比較，確定影響電場分布和最大場強的結(jié)構(gòu)因素；

3)初始化種群：采用隨機(jī)方法通過量子染色體的基因編碼對絕緣子高低壓口徑進(jìn)行初始化,開始多變量單目標(biāo)迭代優(yōu)化，每次迭代產(chǎn)生六組數(shù)據(jù)，即為六個個體，每組數(shù)據(jù)包括高壓端的直徑和低壓端的直徑；

4)確定目標(biāo)函數(shù)并計算適應(yīng)度函數(shù)：個體的目標(biāo)函數(shù)即為參數(shù)對應(yīng)的電場強度，所述目標(biāo)函數(shù)為：f(x)=[E1,E2,E3,E4,E5,E6,……En],其中的E是最大電場強度值，n是個數(shù)；

所述適應(yīng)度函數(shù)為：C≥0,C+f(x)≥0，C是確保適應(yīng)度函數(shù)為非負(fù)數(shù)的最小值；

5)對于二進(jìn)制的基因碼組成的個體種群，經(jīng)過選擇，全干擾交叉后變異：對于二進(jìn)制的基因碼組成的個體種群，按照變異概率Pm從種群中選出一定數(shù)目的基因碼，實現(xiàn)基因碼的小概率翻轉(zhuǎn)，即0變?yōu)?，而1變?yōu)?，如此產(chǎn)生新一代種群；

6)判斷是否滿足量子遺傳操作的中止條件，若不滿足中止條件，則返回的步驟1）；若滿足中止條件，則根據(jù)步驟5）得到的優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)計算對應(yīng)的響應(yīng)值，即最大的電場強度值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于量子遺傳算法的高壓開關(guān)柜絕緣子電場優(yōu)化方法，其特征在于：在所述步驟3）中，初始化包括以下步驟：

31)根據(jù)要求的精度測算出染色體的長度：按下面公式進(jìn)行計算，

其中α_j和b_j是優(yōu)化變量取值范圍的下限值和上限值，m_j是染色體的長度；

32)隨機(jī)產(chǎn)生初始種群:采用具有疊加性的量子比特進(jìn)行編碼,即用一對復(fù)數(shù)定義一個量子比特位。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于量子遺傳算法的高壓開關(guān)柜絕緣子電場優(yōu)化方法，其特征在于：在所述步驟32）中，量子編碼過程包括以下兩步：

321）將量子態(tài)編碼轉(zhuǎn)換到二進(jìn)制編碼：包含m個個體的種群Q(t)={q^t₁，q^t₂,…,q^t_m}，其中q^t_j(j=1,2,…,m)為種群中第t代的一個個體，且有

qjt=α1tα2t......αmtβ1tβ2t......βmt]]>式(3)

其中，m為量子位數(shù)目，即量子染色體的長度，量子測量的具體轉(zhuǎn)換方法如下：式(3)所描述的第t代量子種群Q(t)={q^t₁，q^t₂,…,q^t_m}，經(jīng)過量子測量產(chǎn)生一個二進(jìn)制解群p(t)={p₁(t),p₂(t),…,p_m(t)}，其中二進(jìn)制解p_j(t)(j=1,2,…,m)的每一位是通過q_j(t)中的|α_j(t)|²或|β_j(t)|²(j=1,2,…,m)得到的，即在[0,1]之間隨機(jī)產(chǎn)生一個數(shù)Randi，若Randi≤|α_i|²，該二進(jìn)制位取0，否則取1；α_i是量子態(tài)編碼一對復(fù)數(shù)中的實數(shù)部分，來定義一個量子比特位；

322）將二進(jìn)制編碼轉(zhuǎn)換到十進(jìn)制實值：

將高壓端直徑R1和低壓端直徑R2的二進(jìn)制編碼從種群總的二進(jìn)制染色體中分離出來，通過式1）和式2）轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制實值，再將十進(jìn)制實值并入二進(jìn)制對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)組POPR數(shù)組群；

R1R=down1+(Σi=1m1R1B*2^(m1-i))*up1-down12^m1-1]]>式1）

R2R=down2+(Σi=1m2R2B*2^(m2-i))*up2-down22^m2-1]]>式2）

其中，R1R為高壓端直徑對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)組，down1為高壓端直徑R1取值下限，R1B為高壓端直徑R1對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)組，m1為高壓端直徑R1對應(yīng)的染色體長度，i為二進(jìn)制第幾位數(shù)，up1為高壓端直徑R1取值上限，R2R為低壓端直徑對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)組，down2為低壓端直徑R2的取值下限，R2B為低壓端直徑R2對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)組，m2為低壓端直徑R2對應(yīng)的染色體長度，up2為低壓端直徑R2取值上限。