專利名稱：一種變電站接地土壤參數(shù)確定新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種計(jì)算土壤參數(shù)的新方法，具體涉及一種變電站接地土壤參數(shù)確定新方法。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)西部鐵路里程、速度和載重量的快速發(fā)展和提高，電氣化牽引負(fù)荷電流和短路故障電流隨之增大，接地電位升高威脅 到人身和設(shè)備安全，以及供電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。我國(guó)西部多處于干旱沙漠地區(qū)，屬于高土壤電阻率地區(qū)，對(duì)于接地系統(tǒng)的性能具有特殊的影響。在衡量變電所接地系統(tǒng)是否合格的標(biāo)準(zhǔn)中，接地電阻是關(guān)鍵的參數(shù)。影響電力系統(tǒng)接地電阻的主要因素是接地體所在土壤的模型及參數(shù)。在高土壤電阻率地區(qū)，將放寬接地電阻的上限值與加強(qiáng)設(shè)備保護(hù)的思想結(jié)合，可降低工程總體造價(jià)。傳統(tǒng)的接地網(wǎng)分析方法是將土壤視為均勻土壤。但在土壤狀況復(fù)雜地區(qū)，最終的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果有較大的偏差。傳統(tǒng)的線性化和擬線性化數(shù)值計(jì)算方法如擬牛頓法、變尺度法等。確認(rèn)大地模型和土壤參數(shù)是變電站接地網(wǎng)模擬計(jì)算的首要工作。通過(guò)電磁場(chǎng)理論和格林函數(shù)，利用遞推算法獲得水平多層土壤中電流場(chǎng)的地電位分布，結(jié)合復(fù)鏡像法，推導(dǎo)出四極法所測(cè)視在電阻率與極間距的關(guān)系。引入非線性目標(biāo)函數(shù)，將土壤參數(shù)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為求目標(biāo)函數(shù)的極值問(wèn)題，采用最優(yōu)化方法，可求出土壤的參數(shù)，但數(shù)值計(jì)算及模型建立比較復(fù)雜，不易一般工程技術(shù)人員掌握。傳統(tǒng)的線性化和擬線性化數(shù)值計(jì)算方法如擬牛頓法、變尺度法均涉及到導(dǎo)數(shù)計(jì)算，在一定程度上求取的滿意解不一定是”最優(yōu)解”，同時(shí)它們的反演方法強(qiáng)烈依賴于初始模型及參數(shù)設(shè)定，若初始模型給的不恰當(dāng)，所求得的解易陷入局部最優(yōu)解?；谶z傳算法土壤模型結(jié)構(gòu)的反演計(jì)算是采用遺傳算法計(jì)算接地土壤參數(shù)，通過(guò)理論分析推導(dǎo)出點(diǎn)電流源在多層土壤模型下的地表電位的分布公式，以此推導(dǎo)出用Wenner四極法測(cè)量得到的視在電阻率與極間距的關(guān)系。并引入非線性目標(biāo)函數(shù)，應(yīng)用遺傳算法將對(duì)土壤參數(shù)分析問(wèn)題轉(zhuǎn)化為待求目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化問(wèn)題，遺傳算法是一種概率搜索算法，以群體搜索為基礎(chǔ)，能同時(shí)獲得不同點(diǎn)極值，因此不易陷入局部最優(yōu)。同時(shí)它對(duì)問(wèn)題變量的編碼集而不是變量本身進(jìn)行操作，保持了變量的完整性，只要利用Wenner四極法測(cè)量得到的視在電阻率與極間距的關(guān)系，可以方便計(jì)算出土壤電阻率分層及其厚度，它所得到的計(jì)算參數(shù)不依賴土壤模型的建立，在工程上有很好的應(yīng)用價(jià)值。基于遺傳算法土壤模型結(jié)構(gòu)的反演計(jì)算是采用遺傳算法計(jì)算接地土壤參數(shù)，然而遺傳算法存在全局搜索能力極強(qiáng)而局部尋優(yōu)能力較差的缺點(diǎn)，即該算法可以用極快的速度搜索到最優(yōu)解附近，但是要進(jìn)一步達(dá)到最優(yōu)解則速度極慢。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種變電站接地土壤參數(shù)確定新方法，提出采用遺傳算法與模式搜索法相結(jié)合的方法來(lái)求解接地土壤參數(shù)，為變電站接地設(shè)計(jì)所需土壤參數(shù)提供了新測(cè)試與求解途徑。其技術(shù)方案如下一種變電站接地土壤參數(shù)確定新方法，其特征在于，包括以下步驟(I)設(shè)定遺傳算法與模式搜索法的各項(xiàng)控制參數(shù)，將待優(yōu)化的接地參數(shù)編碼并生成初始接地參數(shù)種群；(2)計(jì)算種群中接地參數(shù)的目標(biāo)函數(shù)值 和適應(yīng)度值；(3)選擇、交叉、變異生成新的種群；(4)遺傳代數(shù)小于最大遺傳代數(shù)，如果是，轉(zhuǎn)到步驟⑵；如果否，從最終的種群中挑出最優(yōu)解Xbest和最差解XWOTSt，并轉(zhuǎn)入步驟(5)；(5)模式搜索法初始化，R0 = Xbest, S0= I Xbest-Xworst |2, ^ =0.5, e = 10_6 ；(6)以Rtl為基點(diǎn)，探測(cè)移動(dòng)得到終點(diǎn)Rn ；(7)判斷f (Rn) <f (Rtl)，如果是，轉(zhuǎn)到步驟(8);如果否，轉(zhuǎn)到步驟(10)；⑶Mtl < = 2Rn-R0,以Mtl為基點(diǎn)探測(cè)移動(dòng)，得到終點(diǎn)Mn ；(9)判斷 f(Mn) < f (Rn),如果是，Rtl <=Rn，Rn < =Mn，轉(zhuǎn)到 st 印 8 ;如果否，RQ< =Rn，并轉(zhuǎn)到步驟(10);(10)縮短步長(zhǎng) 8 <= P 5 ;(11)判斷S < e，如果是，算法終止，得到最終參數(shù)；如果否，轉(zhuǎn)到步驟(6)。本發(fā)明的有益效果I.本發(fā)明采用MATLAB編制相應(yīng)的程序?qū)δ繕?biāo)函數(shù)進(jìn)行仿真計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明，通過(guò)不斷的調(diào)整迭代次數(shù)，當(dāng)目標(biāo)函數(shù)F(X)取得最優(yōu)解時(shí)，X= [Pph1, P2]的程序計(jì)算值可以認(rèn)為是該接地土壤參數(shù)的實(shí)際值。2.當(dāng)已知某地區(qū)土壤視在電阻率的測(cè)量值時(shí)，利用本發(fā)明所提出的方法，可以快速精確的計(jì)算出該地區(qū)的接地土壤參數(shù)。該算法可以有效的解決傳統(tǒng)方法的缺陷和單一遺傳算法的缺點(diǎn)，提高了算法的成功率，是一種有效的優(yōu)化算法。


圖I為本發(fā)明變電站接地土壤參數(shù)確定新方法流程圖；圖2為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化解示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的方法作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。土壤模型目標(biāo)函數(shù)的建立當(dāng)土壤結(jié)構(gòu)有n層時(shí)，計(jì)算土壤分層參數(shù)，則需計(jì)算2n_l個(gè)參數(shù)，因此對(duì)于兩層土壤結(jié)構(gòu)，則需計(jì)算3個(gè)參數(shù)，即上層土壤電阻率P1，下層土壤電阻率P2，上層土壤厚度4。文[14]針對(duì)任意布置接地極時(shí)的視在電阻率，借助電磁場(chǎng)計(jì)算方法，獲得對(duì)應(yīng)的視在電阻率計(jì)算值。論文首先構(gòu)造了視在電阻率的可能值與測(cè)量值之間的相對(duì)誤差平方值，從而得到目標(biāo)函數(shù)F(X)如式⑴所示。
權(quán)利要求
1.一種變電 站接地土壤參數(shù)確定新方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)設(shè)定遺傳算法與模式搜索法的各項(xiàng)控制參數(shù)，將待優(yōu)化的接地參數(shù)編碼并生成初始接地參數(shù)種群； (2)計(jì)算種群中接地參數(shù)的目標(biāo)函數(shù)值和適應(yīng)度值； (3)選擇、交叉、變異生成新的種群； (4)遺傳代數(shù)小于最大遺傳代數(shù)，如果是，轉(zhuǎn)到步驟(2);如果否，從最終的種群中挑出最優(yōu)解Xbest和最差解XWOTSt，并轉(zhuǎn)入步驟(5)；(5)模式搜索法初始化，R0= Xbest, δ Q = I IXbest-Xworst |2, β =0.5, ε = 10_6 ； (6)以Rtl為基點(diǎn)，探測(cè)移動(dòng)得到終點(diǎn)Rn； (7)判斷f(Rn) < f (Rtl),如果是，轉(zhuǎn)到步驟⑶；如果否，轉(zhuǎn)到步驟(10)； (8)M0 <= 2Rn. R0,以M0為基點(diǎn)探測(cè)移動(dòng)，得到終點(diǎn)Mn ；(9)判斷f (Mn) < f (Rn)，如果是，R0 <= Rn, Rn <= Mn,轉(zhuǎn)到 st印8 ;如果否，R。< = Rn,并轉(zhuǎn)到步驟(10)； (10)縮短步長(zhǎng)δ<= β δ ; (11)判斷δ< ε，如果是，算法終止，得到最終參數(shù)；如果否，轉(zhuǎn)到步驟(6)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種變電站接地土壤參數(shù)確定新方法，采用遺傳算法與模式搜索法相結(jié)合的方法來(lái)求解接地土壤參數(shù)，主要包括以下步驟設(shè)定遺傳算法與模式搜索法的各頂控制參數(shù)，將待優(yōu)化的接地參數(shù)編碼并生成初始接地參數(shù)種群；計(jì)算種群中接地參數(shù)的目標(biāo)函數(shù)值和適應(yīng)度值；選擇、交叉、變異生成新的種群；遺傳代數(shù)小于最大遺傳代數(shù)。本發(fā)明提高了算法的成功率，是一種有效的優(yōu)化算法。
文檔編號(hào)G06N3/12GK102819640SQ20121027760
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月2日
發(fā)明者王思華, 王愛(ài)霞, 張友鵬, 徐金陽(yáng), 任麗苗, 張耀, 范小楷 申請(qǐng)人:蘭州交通大學(xué)