变压器优化设计软件开发

 　摘 要：本软件编程语言为 Visual Basic 和 C++，编程语言和变压器设计原理相结合。采用
分层遗传算法实现变压器的优化设计，并以

220kV 两圈变压器为实例进行验证，改进的

MLGA 比单层传统 GA 成本节省了 3.02%，比手工设计方案节约 9.48%。开发了 10-220kV 等
级变压器的优化设计软件及界面，实现变压器设计人员由手工计算向计算机软件计算转变。
　　关键词：

Visual Basic；变压器设计原理；分层遗传算法；变压器优化设计

　　

1 概述

　　变压器优化设计软
　　件节约设计成本，提高设计质量，缩短产品的开发周期，将人工智能技术、数据库技术
应用于设计中去，快速设计其结构方案，进一步提高公司的技术水平、企业形象和在市场中
的核心竞争力。研究基于知识工程的计算机集成系统对变压器制造企业在

“以市场需求为中

心

”的激烈竞争中有着很强的应用价值，对我国变电设

　　备制造企业和国民经济的发展有重要的现实意义

[1]。

　　

2 分层遗传算法的原理

　　本软件采用改进的分层遗传算法进行优化设计，传统的遗传算法是将所有设计优化变
量进行编码形成一个向量（染色体），然后由染色体组成一个种群进行进化操作；分层遗
传算法的基本思想是将设计优化变量根据工程实际权重或优化先后顺序分类并进行独立编
码，放置在不同的层中，每层中可以有多个种群进行并行的遗传操作，因此每个种群可以
采用不同的遗传算子、不同的遗传参数，并行的设计。不失一般性，这里以三层遗传优化算
法为例，简要介绍分层遗传算法原理

[2]。如图 1 所示。

　　第一层

GA1 是控制其他模块的独立遗传算法，第二层 GA2 和第三层 GA3 分别由一系

列的模块组成，每个模块对应一个子问题，每个子问题对应一个独立的

GA，且同一层中

的各个模块的编码相同。一个独立的

GA 可以用以下格式来描述：

　　

GA=（PO,PS,IS,FIT,SO,CO,MO）

　　

(1)其中 PO、PS、IS、FIT，分别表初始种群、种群大小、编码长度以及适应度值，

SO 、CO 、MO 分别代表选择、交叉、变异，故分层遗传算法可以用下式描述：
　　

GAij=（POij,PSij,ISij,FITij,SOij,COij,MOij）

　　

(2) 其中下标 i 和 j 表示分层遗传算法第 i 层第 j 个模块，GAij 表示用独立遗传算法求解

第

i 层第 j 个模块。由于上层和下层以及同层相邻模块之间的影响，考虑上层和下层之间的

影响，

GAij 可以表示为式(3)。

　　

GAij={POij（GAi-1,j）,PSij（GAi-1,j）,ISij（GAi-1,j）,FITij（GAi-1,j）,SOij（GAi-

1,j）,COij（GAi-1,j）,MOij（GAi-1,j）}（3）
　　如果考虑同层相邻模块的影响则

GAij 表示为式(4)。

　　

GAij={POij（GAi-1,j,GAi-1,j,GAi-1,j）,PSij（GAi-1,j,GAi,j-1,GAi,j +1）,

　　

ISij（GAi-1,j,GAi,j-1,GAi,j +1）,FITij（GAi-1,j,GAi,j-1,GAi,j +1）,

　　

SOij（GAi-1,j,GAi,j-1,GAi,j +1）,COij（GAi-1,j,GAi,j-1,GAi,j +1）,

　　

MO（GAi-1,j,GAi,j-1,GAi,j +1）}（4）

　　可以看出

GAij 除了受到自身的变量数目、变量变化范围以及目标解的精度的影响外，

还受到上层

GAi-1,j 或者同层模块 GAi,j-1 和 GAi,j +1 的影响。