[发明专利]一种基于遗传粒子群混合的雷电定位计算优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及雷电监测系统的技术领域，更具体地，涉及一种基于遗传粒子群混合的雷电定位计算优化方法。

背景技术

雷电是自然界中频繁发生的一种瞬时放电现象，其放电过程伴随的强电场、强磁场、大电流、强亮光、强冲击波和强电磁辐射等效应，对广域分布的电力设施造成了严重的损害，长期威胁着电网的安全稳定运行。随着我国现代互联大电网的迅速发展，电力系统的复杂性和非线性程度与日俱增，导致即使微小的外界扰动也可能带来不可预知的后果，而雷击造成的输电线路闪络是系统出现扰动的重要因素之一。因此加强电网雷电监测与防护，从而减少雷害事故，是保障电力系统安全供电，建设坚强电网的必要前提。

目前，雷电监测系统在雷电定位计算方面继承了“时差+方向”的综合定位思想，并提出实现了定位与参数计算模型的自优化技术。然而，这种自优化技术存在诸多问题：在系统监测电网分布达到一定规模时，探测到雷电波信号的探测站增多，雷电波传播路径更加复杂，导致多种探测误差在定位计算中被引入，影响系统定位计算精度；采用迭代计算方法，在雷电活动爆发期计算产生延时，同时也无法达到历史数据分析整理的速度运行要求；采用固定的雷电电磁波传播模型来计算雷电流等参数，会导致由不同原始数据组合计算出来的雷电参数偏差较大，无法保证同源一致性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于遗传粒子群混合的雷电定位计算优化方法，利用粒子群算法收敛速度快的特点进行前一阶段的优化得到一定进化程度的初始种群，利用遗传算法全局搜索能力强的特点进行后一阶段的优化，提高计算解在解空间中的局部收敛速度和全局搜索能力，并可通过计算结果对粒子群速度因子、遗传变异因子等参数进行优化，实现雷电的高效、高精度定位。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种基于遗传粒子群混合的雷电定位计算优化方法，所述计算优化方法为粒子群算法与遗传算法的混合算法，包括以下步骤：

S1.依据大地椭球计算公式初算的结果(x₀,y₀)，以A半径划定解空间范围为x∈[x₀-A,x₀+A]，y∈[y₀-A,y₀+A]，并在划定解空间内随机生成解粒子，其中A半径的范围为4km～6km；

S2.在步骤S1后，采用第一适应度函数使粒子群在x-y二维空间内搜索粒子的最佳适应度函数值和最佳位置，或采用第二适应度函数使粒子群同时利用时间和方位信息搜索粒子的最佳适应度函数值和最佳位置；

S3.在步骤S2后，依据步骤S2的优化信息更新粒子飞行速度和粒子位置参数并优化粒子惯性因子，使得粒子群在初始搜索阶段具有较好的全局搜索能力，在后期搜索阶段具有较好的局部搜索能力；

S4.在步骤S3后，采用比例选择和最优保存的混合策略设计选择算子，采用比例选择策略保证具有最小适应度的个体被选中的概率最大，采用最优保存策略在新种群生成后比较出新旧种群中的最小适应度个体，并用该个体取代新种群中的最大适应度个体；

S5.在步骤S4后，采用单点交叉方法设计交叉算子以确定交叉点的位置和基因交换的方法；并按步骤S2中的第一适应度函数或第二适应度函数计算粒子的适应度；当适应度达到期望值或迭代次数达到最大值时，计算得到雷击事故点；否则，转步骤S6；

S6.在步骤S5后，设计变异算子以确定变异点的位置和变异位置处的基因替换方法；并按步骤S2中的第一适应度函数或第二适应度函数计算粒子的适应度；当适应度达到期望值或迭代次数达到最大值时，计算得到雷击事故点；否则，转步骤S4。

优选地，步骤S2中所述第一适应度函数按如下公式计算：

其中，d_i(X_m)为粒子的当前位置到第i个探测站的距离，t₀为各站推导的雷电发生时间的平均值，t_i为第i个探测站推导的雷电发生时间，n为粒子的数目，c为惯性因子。

粒子的适应度函数最小时，Q(X)也达到最小，粒子位置即雷电位置的最大似然估计，粒子群算法可达到最小二乘迭代计算收敛时的精度；采用符号χ²表示适应函数，是因为适应函数的最小值服从卡方分布χ²(n-3)，其中(n-3)为冗余测量值的数量；当无冗余测量值时，适应函数最小值为零。

优选地，步骤S2中所述第二适应度函数按如下公式计算：