申请/专利权人：山东工商学院

申请日：2024-04-09

公开（公告）日：2024-06-25

公开（公告）号：CN118013863B

主分类号：G06F30/27

分类号：G06F30/27;G06N3/006

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.25#授权;2024.05.28#实质审查的生效;2024.05.10#公开

摘要：本发明属于电力设备故障监测技术领域，具体涉及一种基于改进燕隼捕食算法的封闭母线温度故障监测方法，步骤包括设置封闭母线参数；设定温度阈值；初始化燕隼群体；设定燕隼种群的初始参数；以封闭母线在长时间运行时产生的热点为目标，建立目标函数；迭代更新燕隼种群的位置，寻找热点；在燕隼种群的迭代过程中，加入随机扰动；根据目标函数计算每个燕隼种群飞行时的发射频率和响应强度，引导燕隼种群的飞行轨迹；通过不断迭代，找到最佳位置及其对应的适应度值；对热点进行分析判断，确定其是否为潜在故障点。本发明能够对封闭母线内外部及时进行温度预测，且测量精度高、测量范围广，保障封闭母线长期安全运行。

主权项：1.基于改进燕隼捕食算法的封闭母线温度故障监测方法，其特征在于包括以下步骤：S1、设置封闭母线参数，给定燕隼捕食算法中燕隼种群飞行时的空间范围，并通过安装在封闭母线内部的多个温度传感器获取封闭母线的原始温度数据；S2、设定温度阈值，使此阈值为封闭母线承受的最大温度值，并获取每个温度传感器实时采集的温度数据；S3、初始化燕隼群体，将获得的各个温度数据模拟成多个燕隼种群，作为燕隼捕食算法的输入量；S4、设定燕隼种群的初始参数，包括种群大小、视觉范围、飞行速度、响应强度、发射频率、最大迭代次数；并给每个燕隼种群随机初始化一个起始的飞行位置、飞行方向和飞行速度；S5、以封闭母线在长时间运行时产生的热点为目标，建立目标函数，燕隼捕食算法中，燕隼种群朝向热点飞行，追踪热点目标；S6、迭代更新燕隼种群的位置，在每次迭代中，计算每个燕隼种群当前的目标函数值，即当前位置的温度与阈值温度的差值的绝对值；如果最大迭代次数下寻求的最优值接近封闭母线能承受的最大温度值，终止迭代；否则返回迭代过程，继续迭代寻找热点；S7、在燕隼种群的迭代过程中，加入随机扰动，扰动燕隼种群的飞行方向和速度，使得燕隼种群朝向四周飞行，避免燕隼种群过早的获得局部最优值，从而扩大燕隼种群全局的搜索范围；随机扰动包括对燕隼种群的飞行位置、飞行速度以及飞行方向进行扰动；S8、根据目标函数计算每个燕隼种群飞行时的发射频率和响应强度，引导燕隼种群的飞行轨迹，燕隼种群通过响应强度来不断感知周围的温度，根据温差来自行调整飞行方向，向封闭母线的高温处靠近；S9、重复执行S3至S8，燕隼群体逐渐靠近热点，通过不断迭代，根据每个燕隼种群的当前位置、飞行速度和随机扰动更新各个燕隼种群的飞行位置，找到最佳位置及其对应的适应度值；检查更新后的燕隼种群位置是否满足设定的约束条件，若超出搜索空间范围，则进行修正，否则继续飞行；S10、输出热点区域的坐标和对应的最大温差值，可视化显示封闭母线温度分布，标注出监测到的全部热点，统计并分析燕隼种群的聚集位置，得到封闭母线内部的温度分布和全部热点区域，对热点进行分析判断，确定其是否为潜在故障点；所述的S1中，设置的封闭母线参数为封闭母线的长度和宽度，燕隼捕食算法中，通过燕隼种群的飞行搜索温度的热点，燕隼种群飞行时的空间范围设定为：长度方向范围：0至封闭母线的总长度L；宽度方向范围：0至W，W为在封闭母线周围设定的一个范围值，表示燕隼种群在封闭母线周围±W的宽度范围内搜索热点；高度方向范围设置为0至0，代表燕隼种群只能在平面进行搜索；所述的S3中，初始化燕隼群体的方法为，给定温度传感器的数量为N个，则燕隼群体包含N个燕隼种群，将每个燕隼种群赋予1至N的编号，为每个燕隼种群随机初始化其位置坐标（xN，yN），位置坐标表示该燕隼种群当前所处的位置，xN对应x方向，即为长度方向，yN对应y方向，即为宽度方向；所述的S4中，设定的初始参数为：种群大小：每个燕隼种群包含Y只燕隼，Y只燕隼作为种群集体行动；视觉范围：燕隼种群在飞行过程中能看到的范围，设置为1至M单位距离；飞行速度：设置x方向的飞行速度为vx，y方向的飞行速度为vy，设置范围均为-10至10单位迭代；响应强度：代表燕隼种群发出呼叫声的强度，接近热点时强度增加，强度范围设置为0至10，强度达到10代表燕隼种群到达热点；发射频率：设置燕隼种群发射呼叫声的频率下限为0至20kHz，燕隼种群发射呼叫声的频率上限为20至60kHz；最大迭代次数：设置燕隼捕食算法的最大迭代次数为500次；所述的S5中，建立目标函数的方法为：S51、设定一个实际的热点位置坐标为（x`，y`）；S52、计算每个燕隼种群的当前位置与该实际热点之间的距离： （1）；式中，da为第a个燕隼种群与实际热点（x`，y`）之间的距离；（xa，ya）为第a个燕隼种群的当前位置，a=1,2,…,N；S53、距离的目标函数f1（x）表达式为：；通过燕隼种群的每次迭代对目标函数f1（x）进行优化，其中，Fa为每个燕隼种群到实际热点距离之和，即d1到dN的和；所述的S6中，通过位置更新公式、速度更新公式以及频率更新公式，迭代更新燕隼种群的位置，过程为：S61、燕隼种群位置更新公式为： （2）；式中，xn，yn表示燕隼种群迭代后的新位置，x0，y0表示燕隼种群当前所处的位置，vnx，vny表示燕隼种群迭代之后在x方向和y方向上的速度；速度更新公式为： （3）；式中，vox，voy表示燕隼种群迭代之前在x方向和y方向上的速度，u为随机数，取值范围为[-5，5]，A为位置调整因子；频率更新公式为： （4）；式中，fn为迭代后的频率，fo为迭代前的频率，q为频率调整因子，取值范围为[0，5]；S62、针对燕隼种群所处位置和阈值温度的目标函数f2（x）表达式为： （5）；式中：T（x）表示燕隼种群当前位置的温度值，T（d）表示阈值温度；S63、根据目标函数进行位置选择，如果迭代后的目标函数小于迭代前的目标函数，则保留新目标函数，否则保留旧目标函数；S64、迭代终止条件为：若t≥Tmax或目标函数收敛，则终止迭代，否则继续执行燕隼种群的迭代，其中，t为当前迭代次数，Tmax为最大迭代次数；所述的S7中，加入随机扰动，扩大燕隼种群的位置搜索范围的步骤为：S71、加入飞行位置扰动：S711、随机生成一个范围为[0,1]之间的随机数i，计算波动大小： （6）；式中，0为初始波动值，γ为衰减系数，e为指数常数；S712、据随机数i和波动大小，随机更新燕隼种群的飞行位置θ： （7）；式中，θnew、θold分别为扰动后、扰动前的燕隼种群飞行位置；U（-1，1）表示一个均匀分布在[-1,1]之间的随机数；S713、根据θnew更新燕隼种群的位置： （8）；式中，xnew、xold分别为扰动后、扰动前的燕隼种群在x轴方向上的位置，vnew是燕隼种群扰动后的飞行速度，ynew、yold分别为扰动后、扰动前的燕隼种群在y轴方向上的位置；S72、加入飞行速度扰动：S721、设置飞行速度的扰动范围为[-5,5]ms，生成扰动随机数p，p在设置的速度扰动范围内均匀分布；S722、根据p计算扰动后的燕隼种群飞行速度v`，如果p大于0，则速度加快，；如果p小于0，则速度减慢，；S723、进行边界判断，确保v`不小于零，否则返回S722重新扰动；S724、用v`更新燕隼种群的飞行速度；S73、加入飞行方向扰动：S731、设置飞行方向扰动范围为[-1,1]度，生成一个随机数r，将r放置在方向扰动范围的周围；S732、根据r计算扰动后的燕隼种群飞行速度；如果r大于0，则燕隼种群向左转，得到的新方向为；如果r小于0，则燕隼种群向右转，得到的新方向为；S733、进行边界判断，如果大于360度，则将其取余；如果小于0度，则将其取余后再加360度；S734、用更新燕隼种群的飞行方向；所述的S8中，引导燕隼种群飞行轨迹，通过响应强度，感知周围温度分布的步骤为：S81、计算燕隼种群从当前位置x到最近的热点位置x*的距离的绝对值s，；S82、计算发射频率f，，其中fm是初始最大频率，k为控制参数；S83、计算响应强度Q：，其中Q0是初始最大强度，β是控制参数；S84、根据目标函数f1（x）更新燕隼种群的当前位置z，当迭代次数满足终止条件时，计算此时的发射频率f和响应强度Q；S85、通过响应强度，感知燕隼种群周围的温度分布，方法为：S851、设置初始目标温度T0，通过燕隼种群搜索满足T0的热点；S852、燕隼种群在搜索过程中发出声波脉冲，发射频率f，声波在空气中传播，受到周围温度Te的影响，产生相位和幅度的变化；S853、声波经目标反射传回，燕隼种群接受返回的声波信号，比较返回声波信号与发出声波信号的相位和幅度差异；S854、根据声波信号的变化情况，计算周围温度Te，以及Te与目标温度T0的差值，根据调整响应强度Q，使得Q与成正比；S855、重复S852至S854，燕隼种群感知周围温度并调整自身的方向与速度，朝向目标温度靠近，当趋近于0时，燕隼种群无限接近热点，结束搜索；所述的S9中，每个燕隼种群根据当前视觉的观测结果以及感知结果进行移动，其中视觉观测结果即为燕隼种群距目标热点的距离，感知结果即为燕隼种群感知周围的温度分布；随后加入随机扰动，模拟视觉的误差，通过不断迭代，更新每个燕隼种群的位置，选择距离目标热点最近位置的燕隼种群作为最优结果，保留适应度最大的燕隼种群位置，输出最优位置和对应的最大适应度值，通过种群协作的方式，燕隼种群逐步靠近热点；其中，适应度值的计算通过进行；检查更新后的燕隼种群位置是否满足给定的约束条件，即为当趋近于0时，燕隼种群无限接近热点，结束搜索，否则继续进行搜索；若超出燕隼种群飞行时的空间范围，则进行修正，否则继续搜索；对每个燕隼种群的位置进行以下判断：如果x坐标小于下限，则x坐标修正为下限值；如果x坐标大于上限，则x坐标修正为上限值；如果y坐标小于下限，则y坐标修正为下限值；如果y坐标大于上限，则y坐标修正为上限值；上限及下限即为长度方向范围和宽度方向范围的上下限，使用修正后的位置作为本次迭代的位置。

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百度查询： 山东工商学院 基于改进燕隼捕食算法的封闭母线温度故障监测方法

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