[发明专利]基于人工鱼群算法的电缆集群优化运行方法

摘要

本发明是一种基于人工鱼群算法的电缆集群优化运行方法，该方法以电缆集群载流量最大为目标函数，以每根电缆温度低于其最高额定温度为约束条件，并采用人工鱼群算法确定电缆的最优位置，进而实现电缆集群优化运行。该方法能够对不同回路载流量进行优化计算，并确定每一回路的优化运行电流和电缆线芯温度。通过与常规算法对比可知基于人工鱼群算法的电缆集群优化运行方法能够显著提高其电能输送能力。具有科学合理，真实有效，实用价值高等优点。

主权项

1.一种基于人工鱼群算法的电缆集群优化运行方法，其特征是，它包括以下内容：1)人工鱼群算法基本原理人工鱼群算法是一种模拟实际鱼群三种行为的智能寻优算法，人工鱼群算法需要设置的参数包括视野范围Vis、鱼群规模W、步长参数ST、拥挤度因子λ，人工鱼群三种行为描述如下：(1)觅食行为：人工鱼在水中随机游动，当人工鱼在其视野范围内发现食物时，则会循着食物多的区域快速游去，在一个M维的目标搜索空间中，由W条人工鱼个体组成一个人工鱼群，其中第i条人工鱼个体的状态可用向量Xi＝(xi1,xi2,xi3,…xiM)表示，在视野范围内随机选择一个状态Xj，当该状态食物浓度大于当前状态时，则向该方向前进一步；反之，则重新随机选择状态Xj，判断是否满足前进条件；反复几次后，如果仍不满足前进条件，则随机移动一步，即：xinextk＝xik+Random(ST)(xjk-xik)/||Xj-Xi||Tj＞Ti (1)xinextk＝xik+Random(ST)Tj≤Ti (2)式中：i、j＝(l，2，…，W)；k＝(l，2，…，N)；xjk，xik和xinextk为人工鱼状态向量Xj，Xi及下一步状态向量xinext的第k个元素，Random()为[0，ST]间的随机数，T为食物浓度值；(2)聚群行为：鱼为了生存都是成群聚集生活。人工鱼在聚群时遵守分隔规则、对准规则和内聚规则，设人工鱼在其可见域内鱼的数目为n，形成集合Ji，且：Ji＝{Xj|||Xj-Xi||≤Vis} (3)若表示在其周围视野范围内伙伴的数目大于零，即n≥l，则按式(4)计算出可见域伙伴的中心位置Xc， x ck = ( Σ j = 1 n x jk ) / n - - - ( 4 ) ]]>式中：xck为Vis邻域内人工鱼中心位置状态向量Xc的第k个元素；xjk为Vis邻域内第j条人工鱼状态向量Xj的第k个元素，计算该中心位置的食物浓度值Tc：Tc<λTc(0<λ<1) (5)若满足式(5)，则表示可见区域内伙伴中心位置并不太拥挤，执行式(6)；否则执行觅食行为，xinextk＝xik+Random(ST)(xck-xik)/||Xc-Xi|| (6)若表示该人工鱼个体可见邻域内没有其它人工鱼个体，则执行觅食行为；(3)追尾行为：当人工鱼探索到其Vis邻域内伙伴发现食物时，人工鱼就会尾随邻域伙伴，迅速游向食物浓度较大的区域，设人工鱼探索视野范围的伙伴中食物浓度最大的伙伴为Xmax，如果Tmax>λTi，表明伙伴Xmax的食物浓度高且其周围不太拥挤，则执行式(7)；否则执行觅食行为，xmaxk＝xik+Random(ST)×(xmaxk-xik)/||Xmax-Xi|| (7)式中，xmaxk为状态向量Xmax的第k个元素。如果人工鱼个体Vis邻域内没有其它人工鱼个体，则执行觅食行为；(4)公告板：公告板用来记录最大食物浓度值及当时人工鱼个体的状态，人工鱼个体在执行寻优行为的过程中，每次行为结束后都要检验自身状态与公告板的状态，如果自身状态优于公告板状态，就将公告板的状态改写为自身状态，这样公告板就能记录下历史最优的状态；2)基于人工鱼群算法电缆集群运行优化电缆的敷设方式，以A、B、C表示每回路中A、B、C三相，字母A、B、C下标代表回路数，将电力电缆的载流量I、相对应的运行温度θp和电缆敷设位置的坐标(r，t)作为变量；将载流量最大作为目标函数；将每根电缆的运行温度均小于最高额定温度θpmax作为不等式约束条件，该问题可用(8)式进行描述：目标函数：max I＝f(r，t)约束条件：式中：I为载流量；p为电缆编号；q为回路编号；θp、θpmax为第p根电缆运行温度和最高额定温度：xq为第q回路的横坐标值；width为电缆集群敷设的宽度，D为电缆外护层的外直径；G1为电缆数；G2为回路数，解决含有不等式约束条件的最优化问题，通常利用罚函数法处理不等