结合混合优化与模糊控制的封闭母线温度监测管理方法

本发明属于封闭母线温度管理，具体涉及一种结合混合优化与模糊控制的封闭母线温度监测管理方法。

背景技术：

1、离相封闭母线温度控制是电力系统中的关键技术，通过使用隔离器件将母线与主电源分离，以保护系统免受电力波动的影响。其核心目标是有效管理母线的热负荷，确保其运行温度始终在安全范围内，从而避免由于过热引发的潜在故障和安全隐患。这一技术依赖于高度精密的温度监测系统，这些系统能够实时采集母线的温度数据，并提供精确的温度变化趋势分析。为了维持稳定的温度，离相封闭母线温度控制系统通常采用多种冷却方案，包括风冷、水冷和液态冷却等。这些冷却方法根据实时监测数据，动态调节冷却系统的参数，以适应不同的负荷条件和环境变化，从而实现良好的冷却效果。

2、这些冷却方案的灵活应用，使得离相封闭母线温度控制系统能够在各种工况下保持高效稳定的运行。离相封闭母线温度控制的成功实施不仅保障了电力系统的稳定性和安全性，还显著提升了系统的可靠性和效率。通过有效控制温度，减少了因过热导致的设备故障和损坏，延长了设备的使用寿命，降低了维护成本。此外，稳定的温度控制还能够优化电力传输效率，减少能量损耗，对节能减排和环境保护具有积极的作用。因此，离相封闭母线温度控制技术已成为现代电力工程中的不可或缺的一部分，对整个电力系统的稳定运行和高效管理具有深远的影响。

3、尽管离相封闭母线温度控制在电力系统中具有重要地位，但其现有技术仍存在一些缺陷与不足。首先，在高负荷运行或突发故障时，系统的温度波动会加剧，使得控制变得更加困难。比如，在夏季高温时段或电网突发故障情况下，母线温度会迅速上升，增加了过热故障的风险。此外，现有的温度控制系统存在精度不足的问题，导致无法准确捕捉母线温度的微小变化，从而影响控制策略的实时响应性。具体而言，当温度变化较小时，监测系统会无法及时检测到这些变化，导致冷却系统反应滞后，无法有效调节温度。冷却系统的设计与运行也面临一些限制，在某些环境条件下，传统的风冷或水冷方案效率不高，无法满足高负荷场景下的冷却需求。这些问题表明，尽管离相封闭母线温度控制技术已取得重要进展，但仍需要进一步优化与改进，以应对复杂多变的电力系统运行环境，提升系统的稳定性、可靠性与效率。

技术实现思路

1、根据以上现有技术中的不足，本发明提供了一种结合混合优化与模糊控制的封闭母线温度监测管理方法，实现了对封闭母线温度的精确控制，不仅提高了电力系统的稳定性和可靠性，还具有广泛的应用前景。

2、为达到以上目的，本发明提供了结合混合优化与模糊控制的封闭母线温度监测管理方法，包括以下步骤：

3、s1、随机生成模拟的带有随机噪声的封闭母线温度数据，并分析封闭母线温度数据，获取温度随时间变化的函数曲线；

4、s2、根据函数曲线和设定的期望温度值，计算均方误差和误差变化率；

5、s3、基于均方误差和误差变化率构建目标函数，并设定用于监测封闭母线故障的误差阈值（根据需求设置即可），得到温度控制模型；

6、s4、将均方误差和误差变化率作为给定的输入，通过模糊控制器进行温度控制；

7、s5、在模糊控制器中引入自适应插值能量谷优化算法，对模糊控制器进行参数调节，完成对模糊控制器的优化；

8、s6、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实时温度数据，基于优化后的模糊控制器，进行封闭母线的温度监测管理。

9、作为本发明的优选方案，所述的s1中，利用matlab软件获取温度随时间变化的函数曲线，具体步骤为：

10、s11、设定一个期望温度值，作为模拟数据的目标温度；

11、s12、使用随机数生成函数生成若干个随机噪声值，噪声值用于模拟温度传感器在测量过程中产生的误差或环境中不确定的变化；

12、s13、将生成的随机噪声值叠加到基准温度值上，得到模拟的带有随机噪声的封闭母线温度数据；

13、s14、创建一个时间序列，用于表示封闭母线温度数据随时间的变化，该时间序列是等间隔的时间点，每一秒记录一次温度；

14、s15、利用拟合工具，对封闭母线温度数据进行平滑样条拟合，得到温度变化曲线，即为温度随时间变化的函数曲线。

15、作为本发明的优选方案，所述的s2中，均方误差mse是指实际温度与期望温度值之间的平方差的平均值，表示为：

16、（1）；

17、式中，n是时间步数；tset是期望温度；ti是第i个时间步的实际温度，即为第i个时间点的模拟数据；

18、误差变化率er用于衡量误差随时间的变化速率，表示为：

19、（2）；

20、式中，δt是时间步长；ti-1是第上一个时间步的实际温度。

21、作为本发明的优选方案，所述的s3中，目标函数表示为：

22、（3）；

23、式中，和是权重系数，用于平衡均方误差和误差变化率的重要性；代表温度控制模型的目标函数。

24、作为本发明的优选方案，所述的s3中，通过模糊控制器进行温度控制的过程为：

25、s31、设定向量θ=[θe1，θe2，θe3，......，θen]，n是隶属函数的个数；θen是模糊控制器的s型隶属函数，分别控制函数曲线的陡峭程度和中心位置；

26、s32、将mes和er作为给定的输入，模糊控制器通过模糊推理计算冷却输出c；模糊推理过程包括以下步骤：

27、s321、模糊化：计算输入的mes、er在各隶属函数中的隶属度；

28、s322、模糊推理：应用模糊推理规则，计算c的隶属度；

29、s323、聚合：将所有模糊推理规则的输出隶属度聚合成一个模糊集合；

30、s324、去模糊化：将模糊集合转换为一个具体的数值输出，记c的隶属函数为uc，输出值为c，利用重心法去模糊化计算输出值c，表示为：

31、（4）；

32、式中，y是输出变量的可能取值。

33、作为本发明的优选方案，实际温度由模糊控制器的输出值c计算得到，表示为：

34、（5）；

35、式中，ti+1是下一时间步的实际温度；是描述了温度变化的动态函数。

36、作为本发明的优选方案，所述的s5中，引入的自适应插值能量谷优化算法的原理为：

37、s51、对参数进行初始化，假设解决方案的候选解是在搜索空间中具有不同稳定级别的粒子，而该空间被假定为宇宙的特定部分，则：

38、（6）；

39、式中，表示全局中粒子的总数，表示全局中的一个粒子，即表示一个候选解；d是粒子的维度，即表示参数的个数；是确定第个候选解初始位置的第个决策变量；和分别表示第个候选解中第个决策变量维度的下界和上界；r是在[0，1]范围内均匀分布的随机数；

40、s52、确定粒子的富集界eb，用于考虑富中子粒子和贫中子粒子之间的差异，对每个粒子进行目标函数评价，并确定粒子的中子富集水平，表示为：

41、（7）；

42、式中，为第个粒子的中子富集能级；

43、s53、根据目标函数评价，确定粒子的稳定水平模型如下：

44、（8）；

45、式中，为第个粒子的稳定水平，和为宇宙内稳定水平最佳和最差的粒子，其稳定水平分别相当于目前所发现的目标函数值的最小值和最大值；

46、s54、在[0，1]范围内生成一个随机数sb，sb模拟了宇宙中的稳定界；

47、如果大于sb且大于eb，则粒子发生α衰变和γ衰变，比例为1：1；如果小于等于sb且大于eb，则粒子发生β衰变；依据α衰变、γ衰变或β衰变进行粒子更新，分别获得位置向量、和；

48、如果小于等于eb，则对搜索空间进行随机移动，获得位置向量；

49、s55、确定自适应权值aw：

50、（9）；

51、式中，aw是自适应权值；awmax是最大权重值；awmin是最小权重值；a是一个正的调节参数，根据需要调整以改变衰减的速率；iter是当前的迭代次数；itermax是总的迭代次数；

52、s56、最终的新粒子产生公式为：

53、（10）；

54、式中，是新生成的粒子，即表示新的候选解。

55、作为本发明的优选方案，所述的s54中，α衰变位置更新原理为生成两个随机因子和，是在[1，d]范围内发射的α射线数量，是在[0，]范围内发射的α射线数量，r1是一个0到1之间的随机数；

56、α衰变位置更新公式为：

57、（11）；

58、式中，是α衰变的全局中新生成粒子的位置向量；是三次样条插值模型；xk是当前全局最优解；

59、γ衰变位置更新公式为：

60、（12）；

61、式中，是γ衰变的全局中新生成粒子的位置向量；是在[0，]范围内发射的γ射线数量，是在[1，d]范围内发射的γ射线数量；xng是γ衰变粒子邻近粒子的位置均值；

62、β衰变位置更新公式为：

63、（13）；

64、式中，和分别是β衰变的全局中第个粒子即将到来和当前的位置向量；是一个调节参数，用于控制加入的随机噪声的幅度；和是位于[0,1]范围内的两个随机数，它们决定了粒子移动的程度；是候选粒子。

65、作为本发明的优选方案，所述的s54中，表示为：

66、（14）；

67、式中，和分别是随机移动时全局中第个粒子即将到来和当前的位置向量。

68、本发明的算法可以通过电子设备执行，电子设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，通过处理器执行程序实现上述的算法。

69、本发明所具有的有益效果是：

70、本发明通过将新的优化算法与模糊控制器结合，实现了对封闭母线温度的精确控制。优化后的模糊控制器在均方误差和误差变化率方面均表现出显著提升，其中均方误差减少至0.91，误差变化率降低至0.2。这表明优化后的模糊控制器不仅在控制精度上有了显著改善，还在响应速度和稳定性上得到了大幅提升。

71、本发明通过使用优化算法自动调整隶属函数参数，不仅提高了控制精度和稳定性，还显著增强了实时响应能力，解决了传统方法中手动调参的复杂性和低效性。提出的新优化算法具备强大的全局搜索能力，避免了陷入局部最优解的风险，确保模糊控制器在各种工况下的优越性能。

72、本发明不仅适用于封闭母线温度控制，还具有广泛的应用前景，可推广至工业过程控制、hvac系统等其他非线性复杂系统的控制领域，为提升控制系统的整体性能提供了有效解决方案。

73、总的来说，本发明通过将自适应插值能量谷优化算法与模糊控制器结合，实现了对封闭母线温度的精确控制，不仅提高了电力系统和模糊控制的稳定性和可靠性，还具有广泛的应用前景，成为实现高效、稳定和智能控制系统的重要技术手段。