基于智能搜索算法的VFTO智能仿真分析方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了基于智能搜索算法的VFTO智能仿真分析方法及系统，方法包括，设置智能搜索算法的约束条件；将约束条件数值化编码，并设定目标函数；以智能搜索算法计算中提供的可变参数作为电磁暂态仿真程序的VFTO仿真参数；调用电磁暂态仿真程序对VFTO仿真模型文件进行仿真运算，获得VFTO仿真波形数据，获取VFTO幅值及频率特性作为返回值；智能搜索算法将返回值作为计算的目标函数值进行寻优运算，在多代计算后获得最优解，获得最优解时的运算参数为可能产生最大VFTO幅值、最不利的频率特性情况时的GIS站配置信息。避免了人工仿真建模的繁琐操作，也避免了使用穷举法分析时占用计算机内存较多且耗时较多的缺点。

Intelligent simulation and analysis method and system for VFTO based on intelligent search algorithm

The invention discloses a method including VFTO intelligent simulation intelligent search algorithm analysis method and system based on constraint set intelligent search algorithm; the constraint conditions of numerical encoding, and set the objective function; to provide the intelligent search algorithm for variable parameters VFTO simulation parameters for the electromagnetic transient simulation program called electromagnetic transient; the simulation program for simulation of VFTO simulation model files, VFTO simulation waveform data acquisition, VFTO amplitude and frequency characteristics of the return value; intelligent search algorithm will return the value as the target function value optimization calculation, obtain the optimal solution in multi generation calculation, obtain the optimal operation parameters of the maximum VFTO the amplitude and frequency characteristics of the configuration information for the most unfavorable at GIS station. It avoids the tedious operation of manual simulation modeling, and avoids the disadvantages of more computer memory and time-consuming when using exhaustive method.

【技术实现步骤摘要】
基于智能搜索算法的VFTO智能仿真分析方法及系统
本专利技术属于电力系统仿真计算的
，尤其涉及一种基于智能搜索算法的VFTO智能仿真分析方法及系统。
技术介绍
随着我国电力工业的高速发展和电压等级的不断提高，气体绝缘变电站(GIS)在我国电力系统中的应用越来越广泛。近年来，GIS中特快速暂态过电压(VFTO)对设备本身以及相邻设备的影响受到了越来越多的关注。GIS中VFTO的特性受到GIS站结构、元件参数、操作隔离开关位置等多种因素的影响。目前的研究中通常利用电磁暂态仿真软件针对特定GIS结构和有限的操作过程进行仿真计算，根据有限的几种结构和参数下产生的VFTO波形比较分析，研究不同影响因素对VFTO波形的影响。GIS站的结构和不同工况对于VFTO有着较大的影响，因此需要对不同结构、配置和工况下的GIS站进行VFTO仿真分析，提供可能对变电站设备产生最大威胁的VFTO波形，从而通过优化GIS站结构与配置来抑制VFTO对变电站设备的损害。目前普遍使用的VFTO仿真建模方法，主要是研究人员使用仿真软件手工搭建仿真模型，对特定的一种或几种情况下的GIS站中隔离开关产生的VFTO进行仿真分析，难以全面的分析各项因素对VFTO的影响，也难以获得可能对变电站设备威胁最大的VFTO波形。另一方面，如果采用穷举法逐个修改GIS中的VFTO影响因素的参数进行仿真计算，考虑到VFTO受到多重因素的影响，计算将是海量的，必然要耗费大量的人力和时间。因此目前亟需一种采用智能搜索算法的VFTO智能仿真分析方法。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述问题，提供一种基于智能搜索算法的VFTO智能仿真分析方法及系统，通过智能搜索算法与VFTO仿真方法的结合，采用智能算法对GIS变电站的不同结构、配置和工况进行智能搜索，完成不同情况下的GIS站VFTO仿真分析，自动获取可能产生最大VFTO幅值、最不利的频率特性等情况时的GIS站构、配置和工况信息，给变电站设计、变电站运行以及变电站主要设备的设计提供参考。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于智能搜索算法的VFTO智能仿真分析方法，包括以下步骤：(1)读取描述GIS站稳态信息的仿真模型文件确定各VFTO影响因素的变化范围，作为智能搜索算法运算中自变量的约束条件；(2)根据所选智能算法的计算需求，将各约束条件数值化编码，作为智能算法计算中的可变参数，将VFTO幅值或某特定频域值作为智能搜索算法的计算目标，设定目标函数；(3)根据计算难度自动设定智能算法其他运行参数，执行智能算法程序，以智能计算中提供的可变参数作为电磁暂态仿真程序的VFTO仿真参数；(4)调用电磁暂态仿真程序对VFTO仿真模型文件进行仿真运算，获得VFTO仿真波形数据，对波形数据进行处理，获取VFTO幅值、频率特性等数据作为返回值；(5)智能搜索算法将返回值作为计算的目标函数值进行寻优运算，在多代计算后获得最优解，获得最优解时的运算参数即为可能产生最大VFTO幅值、最不利的频率特性等情况时的GIS站配置信息。所述步骤(1)的具体方法为：编程对描述GIS站稳态信息的仿真模型文件进行解析，从而获得GIS站仿真模型中各个VFTO影响因素的可变化范围，主要的影响因素包括隔离开关位置、母线残余电荷、变压器的入口电容值、GIS的支路长度等，将各影响因素数值化(隔离开关根据位置编号，各元件参数数值标准化)作为智能搜索算法运算中自变量的约束条件；所述步骤(2)的具体方法为：根据使用的智能搜索算法的需求，将各VFTO影响因素的参数标准化，从而对智能搜索算法中的个体进行编码；对于隔离开关位置、刀闸操作顺序等参数在编码时可以先对其编号，然后根据智能算法的需要对进行编码，而对于元件参数类影响因素可以直接将其数值标准化进行编码，各影响因素在编码时所占位数应尽量一致，方便之后的计算。所述步骤(3)的具体方法为：根据运算的复杂程度设定种群个体数和运算代数，选取的VFTO影响因素越多，编码越复杂，为获得最优解所需的种群个体数和运算代数也越多；运行智能搜索算法后，以智能计算中提供的可变参数作为电磁暂态仿真程序的VFTO仿真参数调用自动建模程序，使用以上参数建立VFTO仿真模型文件，对于未给定的参数则仍保留使用GIS站稳态信息仿真模型中的参数。所述步骤(4)的具体方法为：调用电磁暂态仿真程序对VFTO仿真模型文件进行仿真运算，获得VFTO仿真波形数据，根据智能搜索算法的运算需求对波形数据进行处理，获取VFTO幅值、频率特性等数据作为返回值，VFTO的幅值可以由VFTO波形中直接获取，而获取VFTO的频率特性则需要使用现代信号分析方法对其进行频域分析。采用所述的基于智能搜索算法的VFTO智能仿真分析方法的系统，包括模块化的智能搜索算法模块和VFTO电磁暂态仿真模块，VFTO电磁暂态仿真模块以智能搜索算法模块中提供的可变参数作为仿真运算的参数，运算结束后，输出VFTO仿真波形的极值或频率特征值；而智能搜索算法模块的寻优运算中调用VFTO电磁暂态仿真模块，将其输出的VFTO仿真波形的极值或频率特征值作为目标函数值，最终经多代计算获得最优解。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术采用智能算法对GIS变电站的不同结构、配置和工况的进行智能搜索，完成不同情况下的GIS站VFTO仿真分析，避免了人工仿真建模的繁琐操作，也避免了使用穷举法分析时占用计算机内存较多且耗时较多的缺点。可以自动获取可能产生最大VFTO幅值、最不利的频率特性等情况时的GIS站结构、配置和工况信息。(2)本方法具有很强的实用价值，对于变电站设计，能够提供最优的结构和间隔配置方案；对于变电站运行，能够提供参考，避免选用可能产生VFTO的刀闸操作方式，保证变电站安全运行；对于变电站中变压器等主要设备的设计，能够提供GIS站可能产生的最大VFTO幅值、最不利的频率特性等信息，提高变电站设备的安全性和经济性。附图说明图1为本专利技术的方法流程图。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。本专利技术基于智能搜索算法的VFTO智能仿真分析方法，可以采用MATLAB软件、C语言编程或其他编程语言来实现智能搜索计算，VFTO的仿真可以使用ATP或PSCAD等仿真软件实现，VFTO极值的智能搜索计算可以使用遗传算法、差分进化算法、粒子群算法、蚁群算法等智能算法实现。如图1所示为本专利技术基于智能搜索算法的VFTO智能仿真分析方法的实现流程，本实例借助MATLAB编程软件编程，使用ATP电磁暂态仿真软件进行仿真，选用遗传算法作为智能搜索算法进行GIS变电站VFTO极值搜索计算：(1)使用MATLAB编程对描述GIS站稳态信息的ATP模型文件进行解析，从而获得GIS站仿真模型中各个VFTO影响因素的可变化范围，主要的影响因素包括隔离开关位置、母线残余电荷、变压器的入口电容值、GIS的支路长度等，将各影响因素数值化(隔离开关根据位置编号，各元件参数数值标准化)作为遗传算法运算中自变量的约束条件。(2)根据遗传算法的计算需求，将各VFTO影响因素的参数标准化，从而对遗传算法中的个体进行编码。遗传算法的使用中通常采用二进制编码，对于隔离开关位置、刀闸操作顺序等参数在编码时可以先对其编号，然后根据智能算法的需本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于智能搜索算法的VFTO智能仿真分析方法，其特征是，包括以下步骤：步骤(1)、设置智能搜索算法的约束条件；步骤(2)、将约束条件数值化编码，并设定目标函数；步骤(3)、根据计算难度自动设定智能搜索算法其他的运行参数，执行智能搜索算法，以智能搜索算法计算中提供的可变参数作为电磁暂态仿真程序的VFTO仿真参数；步骤(4)、调用电磁暂态仿真程序对VFTO仿真模型文件进行仿真运算，获得VFTO仿真波形数据，对波形数据进行处理，获取VFTO幅值及频率特性作为返回值；步骤(5)、智能搜索算法将返回值作为计算的目标函数值进行寻优运算，在多代计算后获得最优解，获得最优解时的运算参数为可能产生最大VFTO幅值、最不利的频率特性情况时的GIS站配置信息。

【技术特征摘要】
1.基于智能搜索算法的VFTO智能仿真分析方法，其特征是，包括以下步骤：步骤(1)、设置智能搜索算法的约束条件；步骤(2)、将约束条件数值化编码，并设定目标函数；步骤(3)、根据计算难度自动设定智能搜索算法其他的运行参数，执行智能搜索算法，以智能搜索算法计算中提供的可变参数作为电磁暂态仿真程序的VFTO仿真参数；步骤(4)、调用电磁暂态仿真程序对VFTO仿真模型文件进行仿真运算，获得VFTO仿真波形数据，对波形数据进行处理，获取VFTO幅值及频率特性作为返回值；步骤(5)、智能搜索算法将返回值作为计算的目标函数值进行寻优运算，在多代计算后获得最优解，获得最优解时的运算参数为可能产生最大VFTO幅值、最不利的频率特性情况时的GIS站配置信息。2.如权利要求1所述的基于智能搜索算法的VFTO智能仿真分析方法，其特征是，所述步骤(1)中，读取描述GIS站稳态信息的仿真模型文件确定VFTO影响因素的变化范围，作为智能搜索算法运算中自变量的约束条件。3.如权利要求2所述的基于智能搜索算法的VFTO智能仿真分析方法，其特征是，所述步骤(1)的具体方法为：对描述GIS站稳态信息的仿真模型文件进行解析，从而获得GIS站仿真模型中各个VFTO影响因素的可变化范围。4.如权利要求2所述的基于智能搜索算法的VFTO智能仿真分析方法，其特征是，主要的VFTO影响因素包括隔离开关位置、母线残余电荷、变压器的入口电容值及GIS的支路长度。5.如权利要求1所述的基于智能搜索算法的VFTO智能仿真分析方法，其特征是，所述步骤(2)中，根据智能搜索算法的计算需求，将约束条件数值化编码，作为智能搜索算法计算中的可变参数；将VFTO幅值或某特定频域值作为智能搜索算法的计算目标，设定目标函数。6.如权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘世明，黄启彦，李帅，伏传顺，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37