[发明专利]一种自适应的电场自动分析系统

说明书

本发明公开了一种自适应的电场自动分析系统，该系统由模型模块、优化模块与分析模块三部分组成。模型模块存储各种理想电荷的电场分布情况与计算方式。优化模块确定最优的模拟电荷的大小与位置，使之产生的电场与电极表面电荷产生的电场等效。其中采用的改进优化算法能够自动判断分群与否，同时更新公式中惯性权重根据进化状态自适应变化，提高了算法的收敛性；并且，自适应更新适应度函数的功能增加了搜索的多样性。最后，分析模块利用模拟电荷法分析场域电场。本系统能够快速找到最优模拟电荷，提高了电场分析的精度。

技术领域

本发明涉及电磁学领域，具体地，涉及一种自适应的电场自动分析系统。

背景技术

在变电站空间电场分析、高压输电线附近电磁场分析等场景下常用到模拟电荷法。模拟电荷法是静电场数值计算的主要方法之一。类似于镜像法，模拟电荷法基于静电场的唯一性定理，将导体电极表面连续分布的自由电荷用位于导体内部的一组离散的电荷来替代，这些离散的电荷被称为模拟电荷。然后应用叠加定理，用这些模拟电荷的解析公式计算场域内任意一点的点位或电场强度。模拟电荷法的关键在于寻找和确定模拟电荷，然而模拟电荷的个数、性质、位置及大小的选择大多根据计算者的经验来确定，没有实现程序化，调整工作十分烦冗。

发明内容

为了克服目前用模拟电荷法计算电场时模拟电荷的确定工作十分烦冗、不佳的模拟电荷影响电场分析精度的不足，本发明的目的在于提供一种自适应的电场自动分析系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种自适应的电场自动分析系统，该系统由模型模块、优化模块与分析模块三部分组成，模型模块存储各种理想的电荷模型比如点电荷和线电荷周围的电场分布情况与计算方式，优化模块对模拟电荷的电荷量与位置进行优化，分析模块根据模拟电荷分析场域电场；其中：

优化模块在待分析的场域外部布置n个模拟电荷，均分布在z轴，z∈[0,z_max]，z_max为可布置距离的上限；待优化的变量为这n个模拟电荷的电量q_k及其位置z_k，k＝1,2,...,n；优化目的为使模拟电荷在场域内产生的电场与电极表面电荷产生的电场相同，以便于后续的电场自动分析；

然后，初始化种群规模为N_s的粒子群，随机生成维度为2n的粒子i的初始位置x_i＝(x_i1,x_i2,...,x_i(2n))和初始速度v_i＝(v_i1,v_i2,...,v_i(2n))，i＝1,2,...,N_s；定义维度变量d，d＝1,2,...,2n；当d＝1,2,...,n时，x_id代表第d个模拟电荷的电量，x_id∈[0,1]，v_id∈[-1,1]；当d＝n+1,n+2,...,2n时，x_id代表第d-n个电荷的位置z_d-n，x_id∈[0,z_max]，v_id∈[-z_max,z_max]；种群规模N_s＝300～600；

电极表面有检验点M个，为了使模拟电荷对检验点产生的电势与电极表面的已知电势相同，问题的目标函数为式(1)：

其中，表示所有模拟电荷在第m个检验点产生的电势，具体计算时调用模型模块中的模型；表示电极表面已知电势；f≥0，目标函数的理论值为0；

构造适应度函数fitness，见式(2)：

其中，f为目标函数；