基于NSPSO的直流真空断路器换流回路设计

对于机械式直流真空断路器(direct current vacuum circuit break,DC VCB),需引入换流回路制造人工电流零点,以实现故障开断。以30 kV/8 kA直流断路器用换流回路为研究对象,计及换流电感、换流电容以及换流电容预充电电压的共同作用,采用快速非支配排序粒子群多目标优化算法(non-dominated particle swarm optimization,NSPSO),考虑弧后鞘层厚度和真空间隙击穿距离之间的竞争关系,以换流电容值和其预充电电压尽可能同时达到最小值为设计目标,对换流回路参数群组进行多目标设计,研究换流回路的拓扑设计与参数选取对换流频率、零区电流与电压变化率的作用与影响。研究表明,相较于传统粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)单目标优化仿真结果,采用此多目标设计有利于解决直流断路器开断性能与设计成本之间的矛盾关系。

基于NSPSO算法涔天河灌区长藤结瓜灌溉系统的水资源优化配置研究

长藤结瓜灌溉系统传统的充塘(库)保库(塘)调度原则,虽在降低骨干输水工程规模上效果明显,但水资源浪费较为严重。涔天河灌区设计采用了基于NSPSO算法灌区长藤结瓜灌溉系统的水资源优化配置模型,在尽可能减少基础水利设施弃水的同时也能将骨干输水渠道规模显著优化,成效明显,有较大的推广应用价值。

基于模拟-优化模式的供水水库群联合调度规则研究

提出了基于模拟-优化模式的混联供水水库群联合优化调度规则求解框架。首先,通过构建虚拟聚合水库,编制联合调度图,以做出水库群对各用水户的供水方案;其次,通过优化成员水库供水任务分配因子,并结合供水水库群常规调度规则,实现共同供水任务在水库间的优化分配。采用改进粒子群算法(NSPSO)对观音阁-葠窝-汤河水库群联合供水调度模型决策变量(联合调度图调度线位置和成员水库供水任务分配因子)进行多目标优化,分析联合供水调度过程中目标之间的竞争关系,检验联合调度规则的合理性与有效性以及NSPSO算法的优化效率。

一种履带机器人滑移参数估计方法

由于履带机器人在地面行走的过程中存在滑移现象,从而导致无法建立准确的履带机器人地面行走模型。基于此,提出一种履带滑移参数估计方法用于完善履带机器人建模。首先对履带机器人与地面作用动力学模型进行分析,在此基础上进行平面运动学建模,然后以运动学模型为依据设计一个具有李亚普诺夫稳定性的滑模观测器用于对滑移参数的估计,并且运用非支配分类粒子群优化算法对滑模观测器的增益进行优化,使得估计结果更加准确。仿真实验结果证明了该方法的有效性,为下一步的轨迹控制打下基础。

基于磁场与电弧互作的真空断路器触头结构设计

针对因真空断路器大电流故障开断过程中灭弧室断口场域磁感应强度弱,导致磁场对电弧等离子体有效控制力减弱的问题,将NSPSO多目标优化方法与磁场有限元分析相结合,以12 kV/1250 A/31.5 kA典型技术参数的中压真空断路器灭弧室纵磁触头系统为对象进行结构优化设计,以触头片开槽长度、斜槽深度、触头片开槽偏转角、触头杯座厚度为优化设计变量,以灭弧室断口中心截面纵磁最大值与磁场有效作用面积同时达到最大值为优化设计目标,求得Pareto前沿非支配优化解集,并筛选出磁场与电弧相互作用有效磁吹的最优化磁场结构。磁场优化设计结果表明,与初始结构相比,优化后触头结构极间中心面纵磁最大值升高了29.0%,纵磁磁场有效作用面积升高了5.7%。

具有全局收敛性的求解非线性方程组的新方法

将非线性方程组的求解转化为多维函数优化问题，利用基于自然选择的粒子群算法进行求解，解决了传统方程求解对初值要求高的问题。仿真结果表明，该算法具有全局收敛性，精度高，速度快等特点。

机械式真空快速切换开关机构多目标优化设计

针对机械式真空切换开关斥力机构设计参数相互耦合、输出动态特性相互关联的多变量多目标优化问题,提出一种基于非支配排序粒子群的多目标优化方法。计及材料特性影响的快速切换开关机构物体模型(实模)与数值模拟模型(理模)建模与分析,是机构本体设计和过往载荷全生命周期性能评估的基础。理模参数设计难以真实反映实模在不确定性条件与不同工况下输出特性及可靠性。采用数字孪生方法,进行理模与实模特征量设计,将理模与实模耦合建模计算层、多目标优化计算层相结合,优化机构本体参数;并与物理实体层参数同步实现孪生,进而实现机构整机理模到实模的多目标优化设计。数字孪生处理后的电流误差下降5.69%,分闸时间误差下降5.49%,为新一代智能电器产品多目标优化设计提供了一种新的可行性方法。

考虑公差不确定性的快速真空开关机构保持单元多目标优化

永磁保持单元为斥力操动机构在分合闸位置提供足够的保持力,是维持机械开关分闸或合闸状态的重要元件,其结构参数与出力特性是开关可靠分合闸的关键因素。针对保持单元敏感部件加工公差不确定、装配一致性差、输出动态特性相互关联问题,将区间不确定性模型引入保持单元系统出力特性分析中,提出一种基于非支配排序粒子群算法的多变量多目标优化方法。首先,基于保持单元三维有限元模型,研究动铁芯与导磁环的公差不确定性对保持单元输出力的影响规律。然后,以保持单元敏感部件公差影响分析为基础,选取永磁保持单元机械参数为优化变量,计及操动机构成本与弹跳大小,同时考虑导磁环与动铁芯公差不确定性,建立考虑公差不确定性的斥力操动机构保持单元多目标优化设计模型,得到Pareto前沿非支配解集。最后,基于所优化的保持单元结构,搭建快速真空开关实验平台进行斥力操动机构分合闸实验,该系统可在15 ms内完成分合闸动作。研究表明,该优化方法保证了不同制造条件下斥力操动机构保持单元均能最大程度发挥其作用,且允许动铁芯与导磁环参数设计较低等级公差。