一种基于粒子群算法的输电线路机械除冰次序优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于粒子群算法的输电线路机械除冰次序优化方法，首先采用粒子群算法优化选择除冰次序，找到保证除冰过程中杆塔和导线所受不平衡力在安全范围内并且除冰过程路径最小的除冰次序，该方法主要包括：1、粒子种群产生和不平衡力计算，2、适应度函数建立，3、粒子群算法策略制定，4、除冰次序生成及优化过程。本发明专利技术的方法能够解决现有的机械除冰过程中不考虑除冰次序，使杆塔承受不平衡力超过杆塔设计强度，引起杆塔故障的问题，保证杆塔安全同时除冰路径最小。通过粒子群算法对除冰次序进行优化选择，根据适应度选取较优的除冰次序，保证按优化后的除冰次序进行机械除冰工作时线路和杆塔的受力不超过安全阈值、除冰路径最小。

A particle swarm optimization algorithm based on Particle Swarm Optimization for mechanical deicing of transmission lines

The invention discloses a mechanical transmission line based on particle swarm algorithm deicing order optimization method, firstly using particle swarm algorithm to choose the ice removal order, find guarantees among towers and conductors during ice by unbalanced force in the safe range and deicing process in addition to the minimum order path of ice, the method mainly includes 1, particle population and unbalanced force calculation, 2, the fitness function is established, and the formulation of the 3 particle swarm optimization strategy, 4, deicing sequence generation and optimization process. The method of the invention can solve mechanical deicing process without considering the deicing order of the existing tower under unbalanced force exceeds the tower design strength, caused by tower failure problems, ensure safety and deicing of minimum path tower. The particle swarm algorithm to optimize the deicing order, according to the fitness selection of ice except better order, to ensure the optimized order mechanical deicing deicing work line and tower stress does not exceed the safety threshold, in addition to the ice path.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属电力系统防灾减灾及安全防御，特别是一种基于粒子群算法的输电线路机械除冰次序优化方法。
技术介绍
输电线路除冰技术将是输电线路覆冰灾害防御的重要手段。随着机器人除冰技术的发展，在已有的除冰方法中，机械除冰方法是最具有大规模应用潜力的方法之一。而机械除冰是分档距进行除冰，如果不考虑除冰策略，可能在除冰过程中引起负效应。在除冰过程中，即使输电线路覆冰不是很严重，杆塔两侧不平衡力也可能会引起杆塔受力超过其极限。因此，为了保证机械除冰方法的有效应用，需要对机械除冰方法的除冰次序进行优化。求解最优除冰次序是解决除冰安全的关键内容，却并非易事。专利号为201310418516.3和201310418811.9的中国专利分别公开了一种基于输电线路滑轮辗压铲刮的除冰方法和基于输电线路线缆除冰机器人的除冰方法，这两个专利提出了调整输电线路除冰次序的方法来解决输电线路除冰负效应。除每一档的冰都要先计算剩余档间电线应力，先除水平应力相对大的，从而降低除冰过程中杆塔遇到的最大水平张力。不足之处在于以下三点：1、每次除冰都是先除档间水平张力最大的，在一定程度上能减小除冰不平衡力，但由于没有全面考虑在整个除冰过程中各个杆塔的最大不平衡张力，所以并不能最大程度上减小除冰不平衡力。2、手工循环计算，每次除冰后都要计算一次，并用冒泡法选择一次，当档距较大时，这种寻优方法不够智能。3、不考虑除冰路径，当输电线路档数n较大、按除档间水平张力最大进行除冰操作时，可能出现多次来回除冰，操作繁琐，实施困难。由上可知，现有的输电线路机械除冰方法一般不考虑除冰次序，由于除冰次序的随意设定，在除冰过程中杆塔承受不平衡力可能出现不降反升的现象，即机械除冰的负效应现象。而在严重的情况下，杆塔不平衡力可能超出设计强度，危害杆塔安全。因此，解决除冰负效应问题的关键在于调整输电线路除冰次序，手工调整除冰次序工作量大，过程繁琐，而众多智能优化算法发展至今，已广泛运用于各个领域，其中，粒子群算法对组合优化问题的求解性能良好，效果明显，但至今尚未将其应用于输电线路除冰，解决输电线路除冰负效应问题和路径优化问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决目前输电线路机械除冰不考虑除冰次序时面临的杆塔或导线所受不平衡力超过安全阈值的问题。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于粒子群算法的输电线路机械除冰次序优化方法，包括如下步骤：步骤1：读入覆冰厚度信息和架空线路静态信息，覆冰厚度信息即连续档各档的覆冰厚度，线路静态信息包括：各档档距、高差、绝缘子串长度及各绝缘子串偏移量、电线型号等参数；步骤2：随机初始化M个初始除冰次序组合，作为算法的初始种群；步骤3：计算除冰次序组合的不平衡力，若不平衡力不在安全范围内，则重新生成粒子(除冰次序组合)，直到不平衡力在安全范围内；步骤4：根据建立的适应度函数，计算除冰次序组合的适应度；步骤5：寻找适应度最好的全局最优粒子及粒子适应度最好时的个体最优，进行迭代，得到新一代的粒子群；步骤6：判断是否到达迭代终止条件，如果到达，则输出最优除冰次序，否则转步骤3；本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：采用本优化方法，通过智能选择决定除冰次序，能找到除冰过程中杆塔和导线所受不平衡力较为安全、除冰过程路径最小的除冰次序，保证除冰中导线和杆塔的安全。本专利技术的方法应用于连续档输电线路机械除冰中，优化其除冰次序，以保证除冰过程中杆塔和导线面临的不平衡力在安全范围内，除冰路径最小，保证除冰安全、简化除冰过程。附图说明图1是粒子群算法优化线路机械除冰次序使用流程图。具体实施方式本专利技术采用粒子群算法对输电线路机械除冰次序进行优化，提出了适合除冰次序优化问题的粒子种群产生、不平衡力计算、适应度函数建立、粒子群算法策略制定。该次序优化方法以除冰时杆塔最大不平衡力百分比在安全范围内路径最小为寻优方向，因此，经粒子群算法进化若干代的输电线路机械除冰次序优化方法能够找到更加优化的除冰次序，从而解决除冰过程中杆塔和导线受力超过安全阈值的问题，保障除冰过程的安全。本专利技术的一种基于粒子群算法的输电线路机械除冰次序优化方法，包括如下步骤：步骤1、获取覆冰厚度信息和架空线路静态信息，覆冰厚度信息即连续档各档的覆冰厚度，架空线路静态信息包括：各档档距、高差、绝缘子串长度及各绝缘子串偏移量、电线型号这些参数；步骤2、随机初始化M个初始除冰次序组合，作为算法的初始种群；对除冰次序组合采用顺序编码，设其档距号分别为1，2，…，n，每档都被除一次冰且仅一次，粒子除冰的顺序表示为T＝(C1，C2，…，Cn)，设Ci表示第i个除冰档的档距序号；步骤3、确定除冰次序组合的不平衡力，若不平衡力不在设定的安全范围内，则重新生成除冰次序组合，直到不平衡力在安全范围内；确定除冰次序组合的不平衡力具体包括以下步骤：步骤3-1、列出档距变化与电线应力间的关系：式中σi0——待求值，为第i档在气温为t、比载为γi下的电线水平应力(N/mm2)；σ0——架线气温下各档水平应力，可通过架线设计图纸查得或公式计算得到；li0——各档档距；γ0、γi——导线覆冰前比载和导线覆冰后比载，γ0为q*g/A，γi为q*g/A+0.027728(b(b+D)/A)，其中q为导线单位长度质量，g为重力加速度，A为导线截面积，b为导线覆冰厚度，D为导线外径；Δli——待求值，为第i档档距比架线情况悬垂串处于中垂位置时档距的增长量(m)，当档距缩短时Δli本身为负值；Δhi——待求值，为第i档两端悬垂串偏斜后悬挂点间高差hi0的变化量(m)，右悬挂点高左悬挂点者hi0及高差角βi0为正值；t、t0——分别为除冰时气温和架线时气温；α——导线膨胀系数(1/℃)，根据导线型号查表得；步骤3-2、列出第i档高差变化与第i基塔悬挂点偏移间的关系式：式中Δhi——待求值，第i档高差hi0的增量δi、δi-1——待求值，与档距的增长量值一样，第i档两端第i-1基塔上悬挂点偏移的水平距离，其中两端耐张塔的δ为0；λ——各杆塔上的悬垂绝缘子串长度，其中两端耐张塔上也假定有λ，但δ为0；步骤3-3、列出悬垂串偏斜与电线应力间的关系方程：式中δi——δi＝δi-1+Δli(m)；A——导线弹性系数和截面积，根据导线型号查表得；γi——导线覆冰后比载，γi为q*g/A+0.027728(b(b+D)/A)，其中q为导线单位长度质量，g为重力加速度，A为导线截面积，b为导线覆冰厚度，D为导线外径；δi——待求值，与档距的增长量值一样，第i档两端基塔上悬挂点偏移的水平距离，其中两端耐张塔的δ为0；Gi、λ——各杆塔上的悬垂绝缘子串的垂向荷载及长度，其中两端耐张塔上也假定有λ，但δ为0；li0——各档档距；hi0、h(i+1)0——悬垂串均处于中垂位置时，分别为第i基直线塔上电线悬挂点对邻塔第i-1和第i+1基悬挂点间的高差(m)，大号比小号塔高者h本身值为正值，反之为负值；βi0——各档高差角；步骤3-4、将式(1)式(2)式(3)组成一个方程组，共有3n个方程，有Δli、Δhi、σi0共3n个未知数，编制计算程序求解，将得出的各档水平应力σi0乘以导线截面积即为所求各档水平张力，杆塔不平衡张力差如下：ΔFi＝(σi+1-σi)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于粒子群算法的输电线路机械除冰次序优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、获取覆冰厚度信息和架空线路静态信息，覆冰厚度信息即连续档各档的覆冰厚度，架空线路静态信息包括：各档档距、高差、绝缘子串长度及各绝缘子串偏移量、电线型号这些参数；步骤2、随机初始化M个初始除冰次序组合，作为算法的初始种群；对除冰次序组合采用顺序编码，设其档距号分别为1，2，…，n，每档都被除一次冰且仅一次，粒子除冰的顺序表示为T＝(C1，C2，…，Cn)，设Ci表示第i个除冰档的档距序号；步骤3、确定除冰次序组合的不平衡力，若不平衡力不在设定的安全范围内，则重新生成除冰次序组合，直到不平衡力在安全范围内；步骤4、根据建立的路径适应度函数，计算除冰次序组合的适应度；步骤5、寻找适应度最好的全局最优粒子及适应度最好时的个体最优粒子，进行迭代，得到新一代的粒子群；步骤6、判断是否到达迭代终止条件，如果到达，则输出最优除冰次序，否则转步骤3。

【技术特征摘要】
1.一种基于粒子群算法的输电线路机械除冰次序优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、获取覆冰厚度信息和架空线路静态信息，覆冰厚度信息即连续档各档的覆冰厚度，架空线路静态信息包括：各档档距、高差、绝缘子串长度及各绝缘子串偏移量、电线型号这些参数；步骤2、随机初始化M个初始除冰次序组合，作为算法的初始种群；对除冰次序组合采用顺序编码，设其档距号分别为1，2，…，n，每档都被除一次冰且仅一次，粒子除冰的顺序表示为T＝(C1，C2，…，Cn)，设Ci表示第i个除冰档的档距序号；步骤3、确定除冰次序组合的不平衡力，若不平衡力不在设定的安全范围内，则重新生成除冰次序组合，直到不平衡力在安全范围内；步骤4、根据建立的路径适应度函数，计算除冰次序组合的适应度；步骤5、寻找适应度最好的全局最优粒子及适应度最好时的个体最优粒子，进行迭代，得到新一代的粒子群；步骤6、判断是否到达迭代终止条件，如果到达，则输出最优除冰次序，否则转步骤3。2.根据权利要求1所述一种基于粒子群算法的输电线路机械除冰次序优化方法，其特征在于，步骤3中确定除冰次序组合的不平衡力具体包括以下步骤：步骤3-1、列出档距变化与电线应力间的关系：式中σi0——待求值，为第i档在气温为t、比载为γi下的电线水平应力(N/mm2)；σ0——架线气温下各档水平应力，可通过架线设计图纸查得或公式计算得到；li0——各档档距；γ0、γi——导线覆冰前比载和导线覆冰后比载，γ0为q*g/A，γi为q*g/A+0.027728(b(b+D)/A)，其中q为导线单位长度质量，g为重力加速度，A为导线截面积，b为导线覆冰厚度，D为导线外径；Δli——待求值，为第i档档距比架线情况悬垂串处于中垂位置时档距的增长量(m)，当档距缩短时Δli本身为负值；Δhi——待求值，为第i档两端悬垂串偏斜后悬挂点间高差hi0的变化量(m)，右悬挂点高左悬挂点者hi0及高差角βi0为正值；t、t0——分别为除冰时气温和架线时气温；α——导线膨胀系数(1/℃)，根据导线型号查表得；步骤3-2、列出第i档高差变化与第i基塔悬挂点偏移间的关系式：式中Δhi——待求值，第i档高差hi0的增量δi、δi-1——待求值，与档距的增长量值一样，第i档两端第i-1基塔上悬挂点偏移的水平距离，其中两端耐张塔的δ为0；λ——各杆塔上的悬垂绝缘子串长度，其中两端耐张塔上也假定有λ，但δ为0；步骤3-3、列出悬垂串偏斜与电线应力间的关系方程：式中δi——δi＝δi-1+Δli(m)；A——导线弹性系数和截面积，根据导线型号查表得；γi——导线覆冰后比载，γi为...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢云云，黄琳雁，唐锐，宋雯雯，宋坤隆，石屹岭，张成，卜京，殷明慧，姚娟，邹云，蔡晨晓，张俊芳，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32