一种基于改进闪电搜索算法的船舶中压直流综合电力系统故障重构模块、方法、程序、设备及存储介质

本发明属于船舶中压直流综合电力系统，具体涉及一种基于改进闪电搜索算法的船舶中压直流综合电力系统故障重构模块、方法、程序、设备及存储介质。

背景技术：

1、与传统船舶电力系统相比，船舶中压直流综合电力系统中存在许多电力电子设备，是典型的交直流混合系统。船舶中压直流电力系统配电网络主要由直流母线、交流母线、电力变换器、转换开关、输电电缆、交流负载和直流负载组成。其中直流母线又分为直流中压母线与直流低压母线，直流中压母线上的电能由船舶电力系统发电机输出电能经整流变换器输入，作为整个中压直流配电网络的根节点；直流低压母线的电能由中压直流母线传输的电能经dc.dc变换器斩波降压输入，主要为船舶各级直流负载供电。交流母线由直流中压母线传输的电能经逆变器输入，主要为船舶各级交流负载供电。

2、国内的船舶电力系统重构技术发展相对较晚。船舶故障重构问题是一个典型的非线性多目标优化问题。目前有大量的文献使用不同的优化算法对该多目标优化问题进行求解。试验证明这些优化算法应用在故障重构领域能够有更好的效果。但现有的方法也存在着不完善的地方，智能算法的结果很大程度上受算法各个参数的影响，但想要选择合适的算法参数比较困难，目前没有比较统一和通用的解决方案，各个参数的选取困难导致在仿真过程中难以将各个目标函数的优劣区分开。

3、闪电搜索算法相比于传统的如粒子群等算法，具有调节参数少、收敛速度快、寻优能力强等优点，已在很多领域如光伏、风力发电等领域得到应用。但是观其标准算法在上述应用领域也经常会有算法早熟，陷入局部最优的问题出现。但综合其再优化方面的优越性能，值得对其进行优化改进。

4、因此，需要综合考虑发电子系统、配电子系统、推进子系统等的故障重构体系，提出一种智能、快速、自适应的改进闪电搜索算法来实现船舶中压直流电力系统的可靠运行与健康管理。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于改进闪电搜索算法的船舶中压直流综合电力系统故障重构方法。

2、船舶中压直流综合电力系统包括发电子系统、推进子系统和区域负载子系统，船舶中压直流综合电力系统故障重构模块包括中央控制子模块和配电子模块；所述配电子模块包括开关断路器和电流传感器，布置在发电子系统、推进子系统和区域负载子系统各执行器支路处；所述中央控制子模块用于实时监测船舶中压直流综合电力系统，当发生故障时，基于负载功率最大化、直流母线电压变化最小和重构操作次数最小目标，通过改进闪电搜索算法获取发电子系统、推进子系统和区域负载子系统中各支路连接或断开的最优操作方案，完成船舶中压直流综合电力系统故障重构。

3、一种基于改进闪电搜索算法的船舶中压直流综合电力系统故障重构方法，包括以下步骤：

4、步骤1：对船舶中压直流综合电力系统中发电子系统、推进子系统和区域负载子系统的各执行器支路处的开关断路器进行标号，构成索引集合；对于第j个开关断路器，sj＝0表示开关断开，sj＝1表示开关闭合；

5、步骤2：获取船舶中压直流综合电力系统的故障工况信息，设置发电子系统、区域负载子系统和推进子系统的约束条件，以负载功率最大化、直流母线电压变化最小和重构操作次数最小为目标，设置多目标优化函数c作为闪电搜索算法中空间放电体的能量属性；

6、步骤3：设置闪电搜索算法的最大迭代次数m、空间放电体数目n和通道时间t，且m＞t；初始化生成n个空间放电体的位置，每个空间放电体的位置信息表示一组开关断路器的状态，对于第i个空间放电体，位置信息pi为pi＝[si1,...,sij]，j为开关断路器的总数；计算初始各空间放电体的能量值ci，取对应ci最大的空间放电体作为引导放电体，最大的ci赋值给顶端能量ep；初始化迭代次数m＝1；

7、步骤4：将空间放电体随机划分为两组，形成两组通道分别计算；初始化通道时间t＝1；

8、步骤5：对于每一个通道，更新通道中对应能量值ci最大和最小的空间放电体的位置，并计算更新后的空间放电体能量值ci；若存在空间放电体的能量值ci大于顶端能量ep，则将其位置信息pi和能量值ci赋值给引导放电体和顶端能量；

9、步骤6：若t＜t，则对于每一个通道，更新所有空间放电体的位置后，令t＝t+1；

10、若t＝t，则比较两个通道中的最大空间放电体能量值，淘汰掉较小的通道，更新剩余通道中所有空间放电体的位置；

11、步骤7：计算各空间放电体能量值ci；若存在空间放电体的能量值ci大于顶端能量ep，则将其位置信息pi和能量值ci赋值给引导放电体和顶端能量；

12、步骤8：若m＜m，则令m＝m+1，返回步骤5；否则，输出引导放电体的位置信息，根据对应的各开关断路器的状态对船舶中压直流综合电力系统进行故障重构。

13、进一步地，所述更新空间放电体位置的方法具体为：

14、pi-new＝pi+exp rand(ui)

15、其中，exp rand是一个指数随机数；ui为第i个空间放电体与引导放电体的距离；根据得到的pi-new＝[si1-new,...,sii-new]，若sij-new＜1，则令sij-new＝0，若sij-new＞1，则令sij-new＝1，最终得到的仅包含0或1元素的向量pi-new作为第i个空间放电体更新后的位置。

16、进一步地，所述步骤2中以负载功率最大化、直流母线电压变化最小和重构操作次数最小为目标，设置多目标优化函数c具体为：

17、c＝k1(∑pout+∑sgpg-∑slpl-∑sepe)2+k2(v′ref-vref)2+k3(δx)2

18、其中，k1、k2和k3为权重；∑pout表示发电子系统中燃油发电机组在当前故障工况的输出功率；sg表示发电子系统中各柴油发电机组的开关断路器的状态；pg表示柴油发电机组在当前故障工况的输出功率；sl表示区域负载子系统中各执行器的开关断路器的状态；pl表示区域负载子系统中各支路执行器在当前故障工况需求的功率；se表示推进子系统中各推进器的开关断路器的状态；pe表示推进子系统中各推进器在当前故障工况需求的功率；vr′ef表示进行故障重构后的直流母线电压，vref表示当前故障工况的直流母线电压；δx表示进行故障重构操作需求的对所有开关断路器的操作次数。

19、进一步地，所述步骤3中初始化生成n个空间放电体的位置的方法具体为：采用高斯变异初始化各参数，对于第i个空间放电体的位置pi＝[si1,...,sij]，具体公式为：

20、

21、其中，gaussian(·)表示高斯分布；通过迭代得到[si1,...,sij]后进行规划，计算若则令sij＝0；若则令sij＝1。

22、一种计算机装置/设备/系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器执行上述基于改进闪电搜索算法的船舶中压直流综合电力系统故障重构方法的步骤。

23、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现上述基于改进闪电搜索算法的船舶中压直流综合电力系统故障重构方法的步骤。

24、一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现上述基于改进闪电搜索算法的船舶中压直流综合电力系统故障重构方法的步骤。

25、本发明的有益效果在于：

26、本发明基于船舶中压直流综合电力系统各器件陈列紧密、耦合性强的特点设计了故障重构模块，在各执行器支路处布设可控制的开关断路器，当发生故障时，基于负载功率最大化、直流母线电压变化最小和重构操作次数最小目标，通过改进闪电搜索算法获取发电子系统、推进子系统和区域负载子系统中各支路连接或断开的最优操作方案，完成船舶中压直流综合电力系统故障重构。本发明采用的改进的闪电搜索算法具有速度快的优点，能使船舶中压直流综合电力系统从故障中快速恢复，既能保证电网中重要负载的正常供电，又能避免电网故障信号引发系统连锁故障的发生。