一种基于进化策略的气体绝缘套管多目标优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于进化策略的气体绝缘套管多目标优化设计方法，包括如下步骤：确定气体绝缘套管多目标优化设计决策变量及约束条件，建立绝缘结构设计多目标优化函数；构造气体绝缘套管绝缘结构优化设计的评价函数；初始化评价函数的进化亲代群体；对亲代群体通过重组、突变产生子代群体；调用有限元算法，计算并比较子代群体评价函数的适应度，选择产生新的亲代群体；反复迭代产生新的亲代群体和子代群体，直到达到规定的迭代次数；计算收敛判据，决定是否继续迭代，若可以停止迭代，则输出结果。本发明专利技术可以为气体绝缘套管绝缘结构确定出全局优化设计方案，极大的提高了气体绝缘结构的优化设计水平，具有广泛的实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于进化策略的气体绝缘套管多目标优化设计方法
本专利技术属于电力设备绝缘结构设计
，特别是涉及一种基于进化策略的气体绝缘套管多目标优化设计方法。
技术介绍
气体绝缘套管是气体绝缘封闭式组合电器设备(GasInsulatedSwitchgear，GIS)的重要组件，其绝缘结构设计是否合理、可靠，对电网的安全、可靠运行具有重要影响。目前对于气体绝缘套管的设计主要是借助计算机数值计算手段，针对套管某一局部电场分布进行优化。这往往具有局限性，不能对套管整体绝缘性能进行优化设计。实际上气体绝缘套管局部结构的改变对套管整体电位、电场分布均有影响，在进行气体绝缘套管绝缘结构设计时，需要同时考虑各局部结构的变化对套管整体电场、电位分布的影响。因此，气体绝缘套管的绝缘结构优化设计问题是一个多变量、多目标约束优化问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于进化策略的气体绝缘套管多目标优化设计方法，以解决气体绝缘套管进行整体绝缘性能优化时，需要同时对套管多个部位进行优化的问题，以提高套管整体绝缘性能。为达到上述目的，本专利技术通过采取以下技术方案予以实现：一种基于进化策略的气体绝缘套管多目标优化设计方法，包括如下步骤：1)根据气体绝缘套管绝缘结构特征，确定气体绝缘套管多目标优化设计决策变量及约束条件，构建绝缘结构优化设计多目标函数；2)构造气体绝缘套管绝缘结构优化设计的评价函数；3)初始化评价函数的进化亲代群体；4)对亲代群体通过重组、突变产生子代群体；5)调用有限元算法，计算并比较子代群体评价函数的适应度，选择产生新的亲代群体；6)通过反复迭代上述步骤4)和5)产生新的亲代群体和子代群体；7)以最后一代亲代群体中评价函数最大值和最小值之差作为收敛判据，若此差大于设定值，则认为进化还未收敛，继续重复执行步骤6)后，再判断是否收敛；若此差小于设定值，则认为进化达到收敛要求，停止迭代，输出结果。本专利技术进一步改进在于：步骤1)中，根据气体绝缘套管绝缘结构特征，用向量形式表示气体绝缘套管多目标优化设计的决策变量，则决策变量及约束条件为：式中：为气体绝缘套管多目标优化设计决策变量；Ω为决策变量的优化设计空间；X1、X2、…、Xn为气体绝缘套管绝缘结构设计决策变量的n个决策分量；X1min、X2min、…、Xnmin分别为相应决策分量X1、X2、…、Xn优化设计时允许取的最小值；X1max、X2max、…、Xnmax分别为相应决策分量X1、X2、…、Xn优化设计时允许取的最大值；构造气体绝缘套管电场分布优化目标函数为：式中：E1m、E2m、…、En′m为气体绝缘套管内电场分布中n′个关键区域最高电场强度；Esm1、Esm2…、Esmn″分别为气体绝缘套管护套表面n″个峰值电场强度；Ema1、Dem1均为气体绝缘套管内电场分布优化目标函数；Ema2、Dem2均为气体绝缘套管外电场分布优化目标函数；气体绝缘套管电位分布优化目标函数为：式中：U0、U1分别为中心导体、中间电位屏蔽电位；Δh1为中间电位屏蔽上端超出复合绝缘子下端的高度；H1为气体绝缘套管高度；Xms为中间电位屏蔽高度，Xmsmax为中间电位屏蔽高度约束条件的最大值；Xgs为接地屏蔽高度，Xgsmin为接地屏蔽高度约束条件的最小值；Δh2为接地屏蔽上端与中间屏蔽支撑绝缘子安装件之间的轴向距离；Lf为支撑绝缘子沿面放电距离；k1～k4是气体绝缘套管电位分布优化目标函数。本专利技术进一步改进在于：步骤2)中，将优化目标函数归一化：式中：Emax1为内电场中电极表面的最高允许电场强度；Emax2为气体绝缘套管外绝缘表面最高允许电场强度；D1为内电场分布标准差期望值；D2为外电场分布标准差期望值；对于目标函数采用判断矩阵法，构造8个目标函数的权系数：式中：αi为目标函数fi在整个问题中的重要程度，ωi为规范化后的目标函数fi的权系数；采用平方和加权法，构造气体绝缘套管绝缘结构多目标优化设计评价函数如下：本专利技术进一步改进在于：步骤3)中，按照(μ，λ)进化策略，决策变量的优化设计空间为进化策略的可行求解域，其中，μ为进化策略中亲代群体中个体数目，λ为进化策略中子代群体中个体数目；生成初始群体的初始标准差为：式中：为用向量形式表示的初始标准差；分别为与决策变量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于进化策略的气体绝缘套管多目标优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：1)根据气体绝缘套管绝缘结构特征，确定气体绝缘套管多目标优化设计决策变量及约束条件，构建绝缘结构优化设计多目标函数；2)构造气体绝缘套管绝缘结构优化设计的评价函数；3)初始化评价函数的进化亲代群体；4)对亲代群体通过重组、突变产生子代群体；5)调用有限元算法，计算并比较子代群体评价函数的适应度，选择产生新的亲代群体；6)通过反复迭代上述步骤4)和5)产生新的亲代群体和子代群体；7)以最后一代亲代群体中评价函数最大值和最小值之差作为收敛判据，若此差大于设定值，则认为进化还未收敛，继续重复执行步骤6)后，再判断是否收敛；若此差小于设定值，则认为进化达到收敛要求，停止迭代，输出结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于进化策略的气体绝缘套管多目标优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：1)根据气体绝缘套管绝缘结构特征，确定气体绝缘套管多目标优化设计决策变量及约束条件，构建绝缘结构优化设计多目标函数；具体方法如下：根据气体绝缘套管绝缘结构特征，用向量形式表示气体绝缘套管多目标优化设计的决策变量，则决策变量及约束条件为：式中：为气体绝缘套管多目标优化设计决策变量；Ω为决策变量的优化设计空间；X1、X2、…、Xn为气体绝缘套管绝缘结构设计决策变量的n个决策分量；X1min、X2min、…、Xnmin分别为相应决策分量X1、X2、…、Xn优化设计时允许取的最小值；X1max、X2max、…、Xnmax分别为相应决策分量X1、X2、…、Xn优化设计时允许取的最大值；构造气体绝缘套管电场分布优化目标函数为：式中：E1m、E2m、…、En′m为气体绝缘套管内电场分布中n′个关键区域最高电场强度；Esm1、Esm2…、Esmn″分别为气体绝缘套管护套表面n″个峰值电场强度；Ema1、Dem1均为气体绝缘套管内电场分布优化目标函数；Ema2、Dem2均为气体绝缘套管外电场分布优化目标函数；气体绝缘套管电位分布优化目标函数为：式中：U0、U1分别为中心导体、中间电位屏蔽电位；Δh1为中间电位屏蔽上端超出复合绝缘子下端的高度；H1为气体绝缘套管高度；Xms为中间电位屏蔽高度，Xmsmax为中间电位屏蔽高度约束条件的最大值；Xgs为接地屏蔽高度，Xgsmin为接地屏蔽高度约束条件的最小值；Δh2为接地屏蔽上端与中间屏蔽支撑绝缘子安装件之间的轴向距离；Lf为支撑绝缘子沿面放电距离；k1～k4是气体绝缘套管电位分布优化目标函数；2)构造气体绝缘套管绝缘结构优化设计的评价函数；3)初始化评价函数的进化亲代群体；4)对亲代群体通过重组、突变产生子代群体；5)调用有限元算法，计算并比较子代群体评价函数的适应度，选择产生新的亲代群体；6)通过反复迭代上述步骤4)和5)产生新的亲代群体和子代群体；7)以最后一代亲代群体中评价函数最大值和最小值之差作为收敛判据，若此差大于设定值，则认为进化还未收敛，继续重复执行步骤6)后，再判断是否收敛；若此差小于设定值，则认为进化达到收敛要求，停止迭代，输出结果。2.如权利要求1所述的一种基于进化策略的气体绝缘套管多目标优化设计方法，其特征在于：步骤2)中，将优化目标函数归一化：式中：Emax1为内电场中电极表面的最高允许电场强度；Emax2为气体绝缘套管外绝缘表面最高允许电场强度；D1为内电场分布标准差期望值；D2为外电场分布标准差期望值；对于目标函数采用判断矩阵法，构造8个目标函数的权系数：式中：αi为目标函数fi在整个问题中的重要程度，ωi为规范化后的目标函数fi的权系数；采用平方和加权法，构造气体绝缘套管绝缘结构多目标优化设计评价函数如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹏，张宏亮，宁鑫，冯骅，彭宗仁，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61