基于改进鱼群算法的电力线信道分布参数辨识方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了基于改进鱼群算法的电力线信道分布参数辨识方法，至少包括：S100基于传输线理论获得反映分布参数与电力线信道传输衰减特性的对应关系的传输衰减模型；S200对电力线信道的传输衰减特性进行预测量，获得传输衰减特性的预测量数据；S300以传输衰减特性的理论仿真值和预测量数据的误差值平方和为目标函数，以目标函数的倒数为适应度函数，将分布参数作为鱼群坐标代入鱼群算法进行寻优；所述传输衰减特性的理论仿真值采用传输衰减模型获得。本发明专利技术可提高聚群行为带来的搜索效率，也减少鱼群在局部最优值处的冗余搜索步骤，提高精确的搜索结果，准确反映信号在低压宽带电网环境中的衰减特性。

【技术实现步骤摘要】
基于改进鱼群算法的电力线信道分布参数辨识方法及系统
本专利技术涉及电力线载波通信
，特别是涉及基于改进鱼群算法的电力线信道分布参数辨识方法及系统。
技术介绍
电力线载波通信是一种以电力线为信息传输媒介进行语音或数据传输的通信方式。低压宽带电力线载波通信可以有效解决“最后一公里”宽带接入问题，并满足“四网合一”发展需要。由于宽带电力线通信信道环境中线路拓扑结构复杂，众多的分支线路以及配电变压器会影响载波信号在配电线路上的传输，使得传输要求难以保证。基于这种情景，只有对电力线信道模型做出充分研究，建立统一准确的数学模型，才能实现高速而可靠的数据通信。传统的宽带电力线载波通信的信道特性研究一般采用两种方法：自顶向下法建立多径信道模型和自底向上法构建多导体传输线模型。自顶向下的建模方法需要先实际测量后曲线拟合得出信道模型；自底向上的建模方法则是先利用数学物理知识建立模型，然后通过实验测量验证并修改模型。由于自顶向下的建模方法不能实现对信道特性的预测，利用自底向上的建模方法构建理想的均匀传输线模型，没有考虑到实际电网环境中低压电力线负荷多变性、时变性和网络结构复杂性等特点。人工鱼群寻优算法(AFSA)可用于模型修正，算法理论源于对鱼类觅食行为的模拟，根据鱼类寻找食物源的活动特点寻求全局最优值。该算法将寻优函数的解空间映射为鱼群活动的水域，每条鱼代表解空间中的一个位置，也即可行解，解对应的适应函数值为该点的食物浓度，通过鱼群寻找食物源的行为策略更新迭代位置，并记录活动过程中得到的最优解。但是在实际实施过程中，AFSA算法的寻优结果优劣主要取决于参数的取值，特别是视野(Visual)和步长(Step)的取值。视野范围取值过大会使寻优结果精度降低，视野范围取值过小容易陷入局部最优值；步长过大会使搜索过程出现振荡现象，增加不必要的搜索时间；步长过小会降低收敛速度。因此在用于高维度大范围搜索时，很难选取合适的参数既满足收敛效率同时也满足结果的准确性。
技术实现思路
针对中国智能电网宽带电力线载波通信信道的衰减问题，本专利技术提供了基于改进鱼群算法的电力线信道分布参数辨识方法及系统。本专利技术基于改进鱼群算法的电力线信道分布参数辨识方法，至少包括：S100基于传输线理论，将电力线信道等效为由导线和基本电气元件连接构成的集总参数电路，基于传输线理论和趋肤效应原理分析集总参数电路，获得反映分布参数与电力线信道传输衰减特性的对应关系的传输衰减模型；S200对电力线信道的传输衰减特性进行预测量，获得传输衰减特性的预测量数据；S300以传输衰减特性的理论仿真值和预测量数据的误差值平方和为目标函数，以目标函数的倒数为适应度函数，将分布参数作为鱼群坐标代入鱼群算法进行寻优；所述传输衰减特性的理论仿真值采用传输衰减模型获得。进一步的，步骤S100进一步包括：S110基于传输线理论，将电力线信道等效为由导线和电气元件连接的集总参数电路；分析集总参数电路获得电力线分布参数的理论计算模型；S120根据高频信号带来的趋肤效应得到分布参数与信号频率的关系，其中，分布电阻与信号频率的开跟方成正比；S130根据电路理论中的基尔霍夫定律，获得分布参数与电力线信道传输衰减特性的对应关系其中，γ和ZC分别为电力线的衰减系数和特性阻抗，R0、L0、C0、G0分别代表单位长度电力线的分布电阻、分布电感、分布电容、分布电导；ZL为电力线的负载阻抗；x表示距离节点的长度；j表示虚部单位；f表示信号频率。进一步的，步骤S200中，利用矢量网络分析仪与耦合器进行预测量，具体的：两耦合器分别连接电力线两端，并与矢量网络分析仪连接。进一步的，步骤S300进一步包括：S310对鱼群搜索的解空间进行分区，分区数量bni应遵循其中，NP为种群规模；dim为解空间维度；nmax为聚群行为的最大人工鱼数目；ki为第i维数据搜索精度等级，precisioni为第i维数据精度，为第i维数据范围；bni为对第i维数据的分区数量，总分区数S320每一代更新开始前，根据食物浓度分别更新各区块的鱼群数目，食物浓度即适应度函数值；食物浓度初始化相等；S330采用标准人工鱼群算法更新鱼群的迭代位置，根据更新后的迭代位置更新每个区块的局部最优值和全局最优值；S340每一代更新完成时，判断更新代数是否达到预设的最大更新代数，当达到时，结束；否则，采用各区块的局部最优值更新各区块的食物浓度以及视野、步长，重新执行步骤S330。进一步的，步骤S300中，考虑分布参数的频变特性，将分布参数R、L、C、G对应为P2、P3、P4，并以(P1，P2，P3，P4)作为鱼群坐标代入鱼群算法进行寻优；其中，f表示信号频率。和现有技术相比，本专利技术具有如下优点：(1)利用均匀传输线和端口网络等电路理论，能够方便地解释自底向上的宽带电力线载波信道模型；(2)该实验方法简便易行，便于实现，适用于不同材料结构电力线信道的参数求解，对信道特性描述的精准度较理论值高；(3)改进的鱼群算法，按照数据范围以及精度要求将水域划分若干块，降低搜索过程对视野和步长参数设置的要求，提高搜索精度；(4)改进的鱼群算法能提高聚群行为带来的搜索效率，也减少鱼群在局部最优值处的冗余搜索步骤，提高精确的搜索结果。附图说明图1为本专利技术改进鱼群算法的具体流程图；图2为均匀传输线理论的等效电路原理图；图3为趋肤效应原理示意图；图4为传输衰减预测量原理图；图5为实施例中区块鱼群的分布变化趋势；图6为实施例中寻优结果对比图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术和/或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本专利技术的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面将结合附图阐述本专利技术的具体实施方式。本专利技术基于改进鱼群算法的电力线信道分布参数辨识方法，具体包括：(1)基于传输线理论，将电力线信道等效为由导线和基本电气元件连接构成的集总参数电路，基于传输线理论和趋肤效应原理分析集总参数电路，获得反映分布参数与电力线信道传输衰减特性的对应关系的传输衰减模型。将电力线信道等效为由导线和基本电气元件连接构成的集总参数电路，以沿电力线径向信号的输入方向为正参考方向，该集总参数电路中任意一点的信号由流经该点正负参考方向的信号波叠加而成。对于高频信号来说，当导线长度相对于信号波长不可忽略时，导线参数将由集总参数变为分布参数。与低频信号相比，由于分布参数的存在，使得高频信号在传输过程中的衰减不可忽略且衰减具有一定的周期性。分布参数的变化对衰减幅度和周期性的影响十分明显，因此获取准确的分布参数是模型能精确描述信号衰减的前提。参考图2，图2示出了传输线理论的等效电路原理图，其中，R0、L0、C0、G0分别代表单位长度电力线的分布电阻、分布电感、分布电容、分布电导，Δx代表一段导线长度元。分布参数的值取决于电力线的材料结构以及空间分布，对于理想情况下的双导线模型，其分布参数的可由以下公式得到：式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于鱼群算法的电力线信道分布参数辨识方法，其特征是，至少包括：S100基于传输线理论，将电力线信道等效为由导线和基本电气元件连接构成的集总参数电路，基于传输线理论和趋肤效应原理分析集总参数电路，获得反映分布参数与电力线信道传输衰减特性的对应关系的传输衰减模型；S200对电力线信道的传输衰减特性进行预测量，获得传输衰减特性的预测量数据；S300以传输衰减特性的理论仿真值和预测量数据的误差值平方和为目标函数，以目标函数的倒数为适应度函数，将分布参数作为鱼群坐标代入鱼群算法进行寻优；所述传输衰减特性的理论仿真值采用传输衰减模型获得。

【技术特征摘要】
1.基于鱼群算法的电力线信道分布参数辨识方法，其特征是，至少包括：S100基于传输线理论，将电力线信道等效为由导线和基本电气元件连接构成的集总参数电路，基于传输线理论和趋肤效应原理分析集总参数电路，获得反映分布参数与电力线信道传输衰减特性的对应关系的传输衰减模型；S200对电力线信道的传输衰减特性进行预测量，获得传输衰减特性的预测量数据；S300以传输衰减特性的理论仿真值和预测量数据的误差值平方和为目标函数，以目标函数的倒数为适应度函数，将分布参数作为鱼群坐标代入鱼群算法进行寻优；所述传输衰减特性的理论仿真值采用传输衰减模型获得。2.如权利要求1所述的基于改进鱼群算法的电力线信道分布参数辨识方法，其特征是：步骤S100进一步包括：S110基于传输线理论，将电力线信道等效为由导线和电气元件连接的集总参数电路；分析集总参数电路获得电力线分布参数的理论计算模型；S120根据高频信号带来的趋肤效应得到分布参数与信号频率的关系，其中，分布电阻与信号频率的开跟方成正比；S130根据电路理论中的基尔霍夫定律，获得分布参数与电力线信道传输衰减特性的对应关系其中，γ和ZC分别为电力线的衰减系数和特性阻抗，R0、L0、C0、G0分别代表单位长度电力线的分布电阻、分布电感、分布电容、分布电导；ZL为电力线的负载阻抗；x表示距离节点的长度；j表示虚部单位；f表示信号频率。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晓寅，刘志永，李伟，马帅，苑超，冯希军，赵子齐，吕志勇，段义勇，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司莱芜供电公司，国家电网有限公司，武汉大学，
类型：发明
国别省市：山东,37