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智能化模拟电荷法的研究

作　者: 邹积浩
导　师: 王尔智；曹云东
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 高电压与绝缘技术
关键词: 模拟电荷法(CSM) 遗传算法(GA) 断路器
分类号: O441
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
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内容摘要

在高压电器或装置的绝缘和开断特性的研究中，大量涉及到开域电场的计算与分析问题，而模拟电荷法(CSM)对开域场的计算具有独到的优点。然而，CSM在处理多重介质、薄电极以及方法的程序化实现等方面尚存在许多问题。本论文针对这些问题进行了深入研究。首先，本文介绍了模拟电荷法的基本原理，针对传统模拟电荷法解决多重介质电场时存在的技术问题，本文提出一种新的模拟电荷法——区域模拟电荷法。其基本原理是根据电气设备的结构及绝缘材料的特性将其空间场域划分为多个不同的区域。每一区域内的电场和电位仅由离散在该区域周围的模拟电荷求解。传统CSM在处理薄电极问题时，要求离散电荷布置在电极内部，而这对于厚度极薄的电极来说是不可能的。为此，本文提出采用电极边界置换法来对此问题加以解决。这种新方法的特点是根据薄电极的形状将场域分割，隶属于每一区域的模拟电荷离散在对应的区域周围，区域内的电场即由相应的模拟电荷求解，从而有效的避免了上述问题的出现。在对模拟电荷配置的程序化实现方面，本文采用智能优化方法——遗传算法(GA)，不过本文针对传统GA-CSM中遗传算法的定种群规模遗传使得父本染色体的多样性受到限制及同代非同父本进行繁殖、交叉、突变的遗传方法可能收敛于局部极小值而得不到全局最优解的问题，对其加以改进，提出了一种新方法——变种群规模的遗传算法。该方法在染色体进行繁殖、交叉、突变的遗传过程中，在某一范围内随机选取P_r，P_c，P_m，动态调整种群规模，保证了种群个体的多样性；选择同父本分别进行三种遗传过程使得父本染色体中有更多的信息传递给子代，这有利于搜索全域最优解或准最优解。并用实例计算验证了该方法的有效性。本文将上述方法结合起来对断路器的电场进行优化计算。并将计算结果与有限元法的计算结果进行了分析比较。实例计算表明区域模拟电荷法、薄电极边界置换法很好地解决了多重介质及薄电极问题，改进后的优化方法亦获得了预期的优化效果。

全文目录

1 绪论  8-14
  1.1 论文提出的根据及意义  8-9
  1.2 国内外发展状况  9-10
  1.3 本文研究工作的主要内容  10-12
    1.3.1 多重介质问题的模拟电荷求解  10-11
    1.3.2 薄电极问题的模拟电荷求解  11
    1.3.3 模拟电荷的智能优化方法  11-12
  1.4 发展方向  12-14
    1.4.1 电场结构优化  12
    1.4.2 模拟电荷法与有限元法结合  12-13
    1.4.3 模拟电荷法的程序化  13-14
2 模拟电荷法  14-27
  2.1 模拟电荷法的基本原理  14-15
  2.2 模拟电荷和匹配点的确定  15-17
  2.3 用模拟电荷法解具有浮动电极系统中的静电场  17-18
  2.4 模拟电荷法解孤立带电系统中的电场  18-20
  2.5 模拟电荷法解分域均匀介质中的电场  20-23
  2.6 模拟电荷的基本类型及其计算公式  23-27
3 多重介质及薄电极问题的模拟电荷求解  27-39
  3.1 求解多重介质电场的区域模拟电荷法的基本原理  27-30
  3.2 模拟电荷法数学模型的建立  30-31
  3.3 实例计算  31-38
  3.4 分析总结  38-39
4 遗传算法  39-53
  4.1 遗传算法概述  39-40
  4.2 遗传算法的实施  40-48
    4.2.1 遗传算法的工作步骤  40
    4.2.2 位串表示与变量映射  40-41
    4.2.3 适应度的调整  41-44
    4.2.4 复制  44-45
    4.2.5 交叉  45-46
    4.2.6 突变  46-47
    4.2.7 终止条件  47-48
  4.3 GA的基本定理  48
  4.4 定规模及同代中非同父本进行三种变换存在的问题  48
  4.5 变种群规模的遗传算法  48-49
  4.6 数值实例  49-51
  4.7 结论  51-53
5 遗传算法--模拟电荷法  53-63
  5.1 优化模拟电荷法综述  53-54
  5.2 基于变种群规模GA的优化CSM  54-56
    5.2.1 化约束问题为无约束问题  54-55
    5.2.2 优化方法的选择  55-56
    5.2.3 初值的选择  56
  5.3 GA优化模拟电荷法实例计算  56-60
  5.4 结论  60-63
6 误差分析  63-64
7 论文总结  64-65
致谢  65-66
作者攻读硕士论文期间撰写的论文  66-67
参考文献  67-70

智能化模拟电荷法的研究

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