[發明專利]一種基于遺傳粒子群混合的雷電定位計算優化方法

在審

• 申請號: 201710823785.6
• 申請日: 2017-09-13
• 公開（公告）號: CN107609649A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 黃練棟;伍建煒;溫健鋒
• 申請（專利權）人: 廣東電網有限責任公司江門供電局
• 主分類號: G06N3/12
• 分類號: G06N3/12;G06F17/15
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發明涉及雷電監測系統的技術領域，更具體地，涉及一種基于遺傳粒子群混合的雷電定位計算優化方法。

背景技術

雷電是自然界中頻繁發生的一種瞬時放電現象，其放電過程伴隨的強電場、強磁場、大電流、強亮光、強沖擊波和強電磁輻射等效應，對廣域分布的電力設施造成了嚴重的損害，長期威脅著電網的安全穩定運行。隨著我國現代互聯大電網的迅速發展，電力系統的復雜性和非線性程度與日俱增，導致即使微小的外界擾動也可能帶來不可預知的后果，而雷擊造成的輸電線路閃絡是系統出現擾動的重要因素之一。因此加強電網雷電監測與防護，從而減少雷害事故，是保障電力系統安全供電，建設堅強電網的必要前提。

目前，雷電監測系統在雷電定位計算方面繼承了“時差+方向”的綜合定位思想，并提出實現了定位與參數計算模型的自優化技術。然而，這種自優化技術存在諸多問題：在系統監測電網分布達到一定規模時，探測到雷電波信號的探測站增多，雷電波傳播路徑更加復雜，導致多種探測誤差在定位計算中被引入，影響系統定位計算精度；采用迭代計算方法，在雷電活動爆發期計算產生延時，同時也無法達到歷史數據分析整理的速度運行要求；采用固定的雷電電磁波傳播模型來計算雷電流等參數，會導致由不同原始數據組合計算出來的雷電參數偏差較大，無法保證同源一致性。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于遺傳粒子群混合的雷電定位計算優化方法，利用粒子群算法收斂速度快的特點進行前一階段的優化得到一定進化程度的初始種群，利用遺傳算法全局搜索能力強的特點進行后一階段的優化，提高計算解在解空間中的局部收斂速度和全局搜索能力，并可通過計算結果對粒子群速度因子、遺傳變異因子等參數進行優化，實現雷電的高效、高精度定位。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

提供一種基于遺傳粒子群混合的雷電定位計算優化方法，所述計算優化方法為粒子群算法與遺傳算法的混合算法，包括以下步驟：

S1.依據大地橢球計算公式初算的結果(x₀,y₀)，以A半徑劃定解空間范圍為x∈[x₀-A,x₀+A]，y∈[y₀-A,y₀+A]，并在劃定解空間內隨機生成解粒子，其中A半徑的范圍為4km～6km；

S2.在步驟S1后，采用第一適應度函數使粒子群在x-y二維空間內搜索粒子的最佳適應度函數值和最佳位置，或采用第二適應度函數使粒子群同時利用時間和方位信息搜索粒子的最佳適應度函數值和最佳位置；

S3.在步驟S2后，依據步驟S2的優化信息更新粒子飛行速度和粒子位置參數并優化粒子慣性因子，使得粒子群在初始搜索階段具有較好的全局搜索能力，在后期搜索階段具有較好的局部搜索能力；

S4.在步驟S3后，采用比例選擇和最優保存的混合策略設計選擇算子，采用比例選擇策略保證具有最小適應度的個體被選中的概率最大，采用最優保存策略在新種群生成后比較出新舊種群中的最小適應度個體，并用該個體取代新種群中的最大適應度個體；

S5.在步驟S4后，采用單點交叉方法設計交叉算子以確定交叉點的位置和基因交換的方法；并按步驟S2中的第一適應度函數或第二適應度函數計算粒子的適應度；當適應度達到期望值或迭代次數達到最大值時，計算得到雷擊事故點；否則，轉步驟S6；

S6.在步驟S5后，設計變異算子以確定變異點的位置和變異位置處的基因替換方法；并按步驟S2中的第一適應度函數或第二適應度函數計算粒子的適應度；當適應度達到期望值或迭代次數達到最大值時，計算得到雷擊事故點；否則，轉步驟S4。

優選地，步驟S2中所述第一適應度函數按如下公式計算：

其中，d_i(X_m)為粒子的當前位置到第i個探測站的距離，t₀為各站推導的雷電發生時間的平均值，t_i為第i個探測站推導的雷電發生時間，n為粒子的數目，c為慣性因子。

粒子的適應度函數最小時，Q(X)也達到最小，粒子位置即雷電位置的最大似然估計，粒子群算法可達到最小二乘迭代計算收斂時的精度；采用符號χ²表示適應函數，是因為適應函數的最小值服從卡方分布χ²(n-3)，其中(n-3)為冗余測量值的數量；當無冗余測量值時，適應函數最小值為零。

優選地，步驟S2中所述第二適應度函數按如下公式計算：