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绝缘子工频电场逆向检测及优化方法研究

作　者: 彭孟杰
导　师: 张占龙
学　校: 重庆大学
专　业: 电气工程
关键词: 电场逆问题劣质绝缘子遗传算法粒子群优化算法 Tikhonov正则化
分类号: TM216
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着我国电网规模的扩大和特高压技术的发展,电力系统的安全运行备受关注。由于绝缘子在电网中的重要性,其预防性检测是电力系统一个亟待解决的问题。绝缘子电场逆向故障检测方法是以电场强度作为测量特征量,通过逆向计算绝缘子表面电压分布实现对劣质绝缘子检测的方法。对绝缘子周围场源关系的分析和绝缘子电场正、逆问题计算方法的研究是采用该方法有效实现检测的关键。本文的主要研究工作如下：①本文首先阐述了模拟电荷法及电气工程逆问题的基本概念,在对绝缘子传统检测方法及逆问题求解方法进行分析的基础上形成了基于电场逆问题原理实现故障检测方法的基本思路。②采用模拟电荷法建立了绝缘子工频电场正问题计算模型,采用遗传算法对模拟电荷进行优化配置,在固定模拟电荷位置的前提下对模拟电荷量进行优化。并在计算过程中嵌入快速多极子方法用以提高矩阵与向量的乘积效率,通过算例验证该算法的有效性及其在计算效率方面的优势。在此基础之上,对110kV线路7片绝缘子的绝缘子串进行了电场正问题的仿真计算,计算结果证明,绝缘子工频电场正问题的研究在绝缘子检测的工程问题中具有一定的应用价值。③介绍了逆问题基础理论,分析了逆问题病态性产生的原因,介绍了病态性分析的条件数法。采用模拟电荷法建立了绝缘子工频电场逆问题计算模型与逆问题基本方程。本文在对遗传算法、粒子群优化算法及Tikhonov正则化方法应用于逆问题求解过程中的优势进行分析的基础之上首先选取这三种算法分别对绝缘子工频电场逆问题进行优化计算,阐述了三种方法在用以解决绝缘子电场优化问题时的基本原理和算法实现流程,针对计算结果和绝缘子电场逆问题实际做了优化方法的对比分析。④通过110kV线路7片绝缘子的绝缘子串的逆问题仿真计算说明各优化算法的优越性,并分析给出了适用于劣质绝缘子检测的逆向计算最优优化方法。鉴于遗传算法较强的工程实用性及Tikhonov正则化在处理不适定逆问题的优越性,本文结合遗传算法对Tikhonov正则化进行改进,采用遗传算法对正则化参数进行优化,通过计算实例表明,该改进算法在计算精度上相比单独使用Tikhonov正则化方法有一定程度的改善,且算法稳定性有很大程度的提高。本文虽然只针对110kV线路、7片绝缘子的绝缘子串进行计算分析,但原理和方法同样适合于其它电压等级的绝缘子串。

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-9
1 绪论  9-16
  1.1 课题研究背景和研究意义  9-10
  1.2 国内外最新研究现状  10-13
    1.2.1 国内外逆问题研究现状  10-12
    1.2.2 国内外劣质绝缘子检测方法的研究现状  12-13
  1.3 本论文的主要工作和技术难点  13-14
    1.3.1 主要工作  13-14
    1.3.2 技术难点  14
  1.4 本论文的内容和结构  14-16
2 劣质绝缘子逆向检测方法  16-22
  2.1 模拟电荷法基本原理  16-18
    2.1.1 迭加原理  16
    2.1.2 模拟电荷法基本概念  16-18
    2.1.3 模拟电荷的类型  18
  2.2 电场逆向检测方法  18-21
    2.2.1 电场测量法  18-19
    2.2.2 电气工程逆问题基本概念  19-20
    2.2.3 电场逆向检测方法  20-21
  2.3 本章小结  21-22
3 绝缘子电场正问题  22-36
  3.1 模拟电荷法建模  22-26
  3.2 优化配置  26-31
    3.2.1 基于遗传算法的优化模拟电荷法  26-29
    3.2.2 快速多极子方法  29-30
    3.2.3 验证计算  30-31
  3.3 绝缘子电场正问题优化理论计算  31-33
  3.4 仿真分析及工程应用  33-35
  3.5 本章小结  35-36
4 绝缘子电场逆问题  36-65
  4.1 逆问题基础及病态性分析  36-38
    4.1.1 病态性产生原因  36-37
    4.1.2 病态性分析方法  37-38
  4.2 绝缘子工频电场逆问题模型及其解法  38-41
    4.2.1 数学模型  38-40
    4.2.2 解法  40-41
  4.3 遗传优化算法分析  41-45
    4.3.1 绝缘子电场逆问题求解中的遗传算法实现  41-42
    4.3.2 计算分析  42-45
  4.4 粒子群优化算法分析  45-49
    4.4.1 绝缘子电场逆问题求解中的粒子群优化算法实现  45-47
    4.4.2 计算分析  47-49
  4.5 Tikhonov正则化方法分析  49-52
    4.5.1 绝缘子电场逆问题求解中的Tikhonov正则化算法实现  49-51
    4.5.2 计算分析  51-52
  4.6 优化算法对比分析与改进  52-60
    4.6.1 优化算法对比分析  52-57
    4.6.2 基于遗传算法的Tikhonov正则化方法改进  57-58
    4.6.3 改进算法分析  58-60
  4.7 仿真验证  60-63
  4.8 本章小结  63-65
5 总结与展望  65-67
  5.1 研究总结  65
  5.2 未来工作展望  65-67
致谢  67-68
参考文献  68-71
附录  71
  A.作者在攻读学位期间发表的论文目录  71
  B.作者在攻读学位期间参与项目目录  71

绝缘子工频电场逆向检测及优化方法研究

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