[發明專利]變壓器局部放電超高頻檢測Hilbert分形天線優化方法

在審

• 申請號: 201710007241.2
• 申請日: 2017-01-05
• 公開（公告）號: CN106650171A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 李劍;杜林;黃正勇;王有元;王飛鵬;楊麗君;張曉星;廖瑞金;唐炬;陳偉根;鮑連偉;張勁;顏薪矚
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06N3/12
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司11275
• 代理人: 趙榮之

技術領域

本發明涉及變壓器等電力設備的局部放電在線或離線檢測技術，具體涉及一種變壓器局部放電超高頻檢測Hilbert分形天線優化方法。

背景技術

小型化、寬頻帶的超高頻天線是天線領域的研究熱點問題之一。為避開電暈脈沖干擾并具有足夠的靈敏度，局部放電超高頻監測的頻帶下限通常為300MHz，頻帶上限可達3GHz，因此，局部放電超高頻監測天線是一種寬頻帶天線。為便于安裝于變壓器內部或者變壓器箱體上的介質窗上，變壓器局部放電超高頻監測天線的小型化是其工程應用的關鍵問題之一。對于普通的超高頻天線，如果減小天線尺寸，天線導體的長度隨之減小，導致監測頻帶下限提高，監測頻帶變窄。

分形天線開發與設計是基于分形曲線能夠在理論上充滿整個平面的思想，分形天線導體在有限尺寸平面上可實現高占空比，從而保證天線在檢測頻帶達到設計要求的前提下具有最小的尺寸。研究小型化、寬頻帶的超高頻分形天線，是實現變壓器局部放電超高頻監測傳感器新技術的有效途徑之一。

分形天線的分形階數、外圍尺寸、導體寬度、饋電點位置等參數對分形天線諧振頻率及方向性的影響?，F有的天線設計工作中存在三個主要問題：(1)由于分形天線的性能與天線參數具有緊密關系，天線設計是通過人為設置參數值進行仿真計算，仿真計算無法自動完成，天線設計參數與最優值具有一定偏差；(2)未考慮天線導體與介質的厚度對天線性能的影響；(3)在仿真計算中天線駐波比的閾值設為5，與通常天線設計的駐波比為2的目標具有一定差距。

發明內容

有鑒于此，本發明公開了一種變壓器局部放電超高頻檢測Hilbert分形天線優化方法。本發明通過建立仿真模型，采用智能算法(遺傳算法、粒子群算法等)實現了分形天線參數的自動仿真計算與優化選擇，設計出頻帶低限達到300MHz、頻帶高限超過1GHz的具有良好方向性的寬頻帶四階分形天線。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種變壓器局部放電超高頻檢測Hilbert分 形天線優化方法，包括以下步驟：

S1)根據超高頻天線的設計目標，確定遺傳算法的適應度函數，通過計算每一個體的適應度來判斷優化結果的好壞，控制算法的搜索方向；

S2)將天線的結構參數導線寬度a、介質層厚度b、導體厚度c以及饋電點位置(x,y)作為一個整體進行綜合考慮，確定其編碼解碼方案，將天線的結構參數映射為遺傳算法能夠處理的二進制編碼形式；

S3)將每組超高頻天線的結構參數作為一個個體，確定一定數量個體作為遺傳算法的初始種群；

S4)利用公式將每一個體的二進制編碼解碼為超高頻天線的結構參數，調用Ansoft Designer軟件來仿真獲得天線的電特性參數，并將計算得到的駐波比代入適應度函數中計算該個體的適應度值，其中，δ為參數的優化精度，v_min和v_max為待優化參數v的范圍；

S5)根據返回的個體適應度值判斷是否滿足天線的設計要求；若滿足則程序退出循環并輸出當前個體所代表的超高頻天線的結構參數組合；若不滿足，則基于該返回的適應度值繼續進行遺傳算法操作；通過選擇、交叉及變異手段產生新的種群，繼續進行步驟S4)；每次循環都將已獲得的最優個體進行更新保存，直到程序循環終止時作為最終結果輸出。

進一步，在步驟S3)中，編碼解碼方案為：a、b轉化的二進制字符串分別為13位，c轉化的二進制字符串為11位，x、y轉化的二進制字符串分別為7位。

由于采用了以上技術方案，本發明具以下有益技術效果：

傳統的天線設計方法主要依靠設計者的理論水平與經驗，通過不斷的調整天線的各項結構參數來獲取性能較好的天線，設計過程具有很大的隨意性、盲目性，效率低下，周期長，而且最終制作出來的天線也不一定是性能最優的天線。本發明提供了一種分析天線自動優化算法，提高天線的設計能力和效率，獲得性能優異的局部放電超高頻Hilbert天線。

附圖說明

為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細描述，其中：

圖1分形天線優化工程基本思路；

圖2優化后分形天線的駐波比；

圖3優化后分形天線的增益；

圖4優化后天線的二維方向圖和增益；

圖5優化后天線的三維方向圖和增益。

具體實施方式

以下將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述；應當理解，優選實施例僅為了說明本發明，而不是為了限制本發明的保護范圍。