[發明專利]基于Powell算法和粒子群算法的雷電流波形參數識別方法

有效

• 申請號: 201710146666.1
• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN106841750B
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 何金良;楊滾;余占清;陳水明
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

1.一種基于Powell算法和粒子群算法的雷電流波形參數識別方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)在人工引雷桿底部安裝電流傳感器，通過電流傳感器獲取實測雷電基底電流數據；

2)確定雷電基底電流函數模型，根據步驟1)獲取的實測雷電基底電流數據，得到雷電基底電流的波形參數；具體包括以下步驟：

2-1)從實測雷電基底電流數據中截取N個采樣點的波形段，起止點分別記為[j,j+N-1]，其中j點是雷電發生時雷電基底電流最先開始出現變化的第一個零點，得到該波形段的實測雷電基底電流片段I_measure；

2-2)采用NCBC電流模型作為雷電基底電流函數模型，模型函數表達式如式(1)所示：

式中，i是雷電基底電流，t是時間，中間參數t_m是峰值雷電流對應的峰值時間，I_m是峰值電流，a和b_i，i＝1，2，…，n，分別為波頭參數和波尾參數；c_i為權重參數，n為波尾可調參數，n為正整數，取值范圍為[2，10]；則所需辨識的全部波形參數包括：I_m，t_m，a，b_i，c_i；

3)結合Powell算法和粒子群算法，對步驟2)得到的雷電基底電流的波形參數進行波形參數識別，具體步驟如下：

3-1)設置粒子群算法的初始粒子個數，初始粒子值，速度值，最大迭代次數和滿足停止條件的最小誤差閾值er_min；其中，初始粒子值即為所需辨識的波形參數I_m，t_m，a，b_i，c_i的初始值；

3-2)針對第k次粒子群算法迭代中，利用式(2)-(3)對粒子種群進行粒子和速度更新：

v_ij(k+1)＝w(k)v_ij(k)+c₁r₁(pbest_ij(k)-x_ij(k))+c₂r₂(gbest_j(k)-x_ij(k)) (2)

x_ij(k+1)＝x_ij(k)+v_ij(k+1) (3)

式中，c₁，c₂為學習因子，r₁，r₂為[0，1]的隨機數，w(k)為進化調節參數，w(k)＝1-k/k_max，k_max是最大迭代次數，v_ij(k)表示粒子i在進化到k次迭代時的第j維飛行速度分量，x_ij(k)表示粒子i在進化到k次迭代時的第j維位置分量，pbest_ij(k)表示粒子i在進化到k次迭代時的第j維個體最優位置pbest_i分量，gbest_j(k)表示進化到k次迭代時整個粒子群的最優位置gbest的第j維分量；

將第k次更新得到的所有粒子值代入式(1)進行計算，得到尋優雷電基底電流I_calculate，并利用式(4)求得每個粒子值分別對應的誤差值，從中選出最小的誤差值T_best和其對應的粒子值，最小誤差值T_best對應的粒子值稱為此時的全局最優粒子值z_best：

式中，N是實測數據序列的總個數，取值范圍為[300，1000]，er即為所求得的誤差值；

3-3)調用Powell算法，將式(4)作為尋優函數f(x)經過Powell算法得到最優粒子值X₀和其對應的誤差值T′_best，并更新此時的全局最優粒子值z_best＝X₀和對應的最小誤差值T_best＝T′_best；

3-4)令粒子群算法的迭代次數k＝k+1，判斷此時是否滿足停止條件：若是，則停止迭代，輸出全局最優粒子值z_best和其對應的最小誤差值T_best，其中全局最優粒子值z_best即為識別所得到的雷電基底電流的波形參數；若否，則重新返回步驟3-2)。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3-3)具體包括以下步驟：

3-3-1)選取初始向量X₀，令初始向量X₀＝z_best，選取n個線性無關的初始方向向量{d₀,d₁,…,d_n-1}，尋優函數f(x)及精度ε>0和Powell算法中的最大迭代次數MaxStep_Powell，令迭代次數l＝1；

3-3-2)將初始向量X₀依次沿方向{d₀,d₁,…,d_n-1}進行一維極小值搜索，每一次搜索都得到更小的誤差值和其對應的向量其中

3-3-3)令方向向量按此方向進行一維極小值搜索，得到判斷此時是否達到停止條件：若是，則輸出和得到經過Powell算法尋優得到的最優粒子值X₀和其對應的誤差值T′_best，并更新此時的全局最優粒子值z_best＝X₀和對應的最小誤差值T_best＝T′_best；若否，則轉入步驟3-3-4)；

3-3-4)利用式(5)求解Δm：

利用式(6)，分別計算：

并判斷式(7)是否同時成立：

若是，則轉入步驟3-3-5)；若否，則轉入步驟3-3-6)；

3-3-5)令d_m-1＝d_n，迭代次數l＝l+1，重新返回步驟3-3-2)；

3-3-6)若f₂<f₃，則重新返回步驟3-3-2)；否則重新返回步驟3-3-2)。