移动传感器网络与混合有源电力滤波器控制策略研究

### 移动传感器网络与混合有源电力滤波器控制策略研究 #### 1. 移动传感器网络的FIPSO部署优化 在移动传感器网络的部署中，采用完全信息粒子群优化（FIPSO）算法可以取得比简单粒子群优化（PSO）更好的效果。FIPSO算法的公式如下： ```plaintext max 1 2 2 1 1 1 1 1 5.0 1 )1 ( ) ( ) ( )) ( ( )) ( ( )1 ( ) ( t t t x t v t x t x x c r t x x c r t v t v i i i i globalbest i st personalbe i i − − × − = − + = − ⊗ + − ⊗ + − = φ φ r r r r r r r r r r r r r ``` 从这个公式可以看出，FIPSO算法考虑了种群中每个成员的经验，这使得它在性能上优于简单PSO算法。 ##### 1.1 覆盖优化 覆盖优化是移动传感器网络部署的首要目标。传感器的覆盖可以通过二进制传感器模型或概率传感器模型来定义，具体如下： - **二进制传感器模型**：在传感范围内，感兴趣事件的检测概率为1，否则为0。但该模型假设传感器读数没有相关的不确定性，不太符合实际情况。 - **概率传感器模型**：采用以下公式表示： ```plaintext ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ ≥ + + < < − ≤ + = − ) , ( , 1 ) , ( , ) , ( , 0 ) , ( y x d r r if r r y x d r r if e y x d r r if y x c ij e e ij e a ij e ij β λ ``` 传感器场由一个`m×n`的网格表示，单个传感器放置在网格点`(x,y)`的点`S`处。对于网格点`P`在`(i,j)`处，其与`(x,y)`的欧几里得距离为： ```plaintext 2 2 ) ( ) ( ) , ( j y i x y x dij − + − = ``` 这个公式表示了传感器`S`在`(x,y)`处对网格点`(i,j)`的覆盖`(y,x)cij`。其中，`λ`和`β`是衡量目标在距离传感器大于`er`但在一定距离内时的检测概率的参数，`(eij)(r - r)(y,x)d - a =`。 ##### 1.2 能耗优化 在完成覆盖优化后，所有部署的传感器节点移动到各自的位置。接下来的目标是通过找到最优的簇头位置，最小化基于簇的传感器网络拓扑中的能量使用。为此，使用了一个功率消耗模型来进行优化，要最小化的适应度函数如下： ```plaintext ∑∑ = = − ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ × + = m j n i j j ij n Dis dis f 1 1 4 6 2 10 3.1 01 .0 ``` 该方法同时使用了自由空间（距离平方功率损耗）和多径衰落（距离四次方功率损耗）信道模型。假设簇内的传感器节点到簇头的距离较短，而每个簇头到基站的距离较长，基站位于位置`(25,80)`。 #### 2. 仿真结果 该程序在MATLAB中进行了仿真，粒子在开始时随机生成。以下是仿真得到的一些结果： - **簇头和节点的结果展示**：图2 - 5展示了不同的结果，其中红色斑点表示四个选定簇中每个簇的选定簇头。 - **第一阶段的误差**：图5显示了第一阶段的误差，表明该算法有效地将节点放置在了网格位置。 整个结果分两个阶段实现： 1. 首先使用FIPSO最小化粒子的覆盖成本函数。 2. 然后将FIPSO应用于获得的粒子集，以找到簇头和将被选为簇头的节点的最佳位置。 与以往的工作相比，FIPSO能够给出更好的结果。 #### 3. 混合有源电力滤波器的模糊递归积分PI控制策略 混合有源电力滤波器（HAPF）结合了无源电力滤波器（PPF）和有源电力滤波器（APF）的优点，是一种用于无功功率补偿、谐波抑制和解决电能质量问题的强大设备。 ##### 3.1 HAPF的配置和控制模型 适用于中低压系统的HAPF电路配置由PPF和APF组成，并直接并联到10KV母线。基本谐振电路（FRC）由`1L`和`1C`组成，调谐到基频；注入电容`gC`与FRC串联，用于与FRC电路结合抑制6次谐波电流。 HAPF的单相等效电路中，APF被控制为理想谐波电压源`FU`，负载被控制为谐波电流源`Li`。根据基尔霍夫电压定律（KVL）和基尔霍夫电流定律（KCL），可以得到以下方程： ```plaintext 1 1 2 0 0 1 1 1 0 S L S S L PF PF APF C L L L F L APF S APF PF L U U I Z U I Z I Z I Z U I n Z I Z nU I I I I I I I = + ⎧ ⎪ = ⎪ ⎪ + = ⎪⎨ = + ⎪ ⎪ + = ⎪ = + + ⎪⎩ ``` 当HAPF解决和补偿谐波电流时，谐波电压畸变非常小，可以忽略不计，因此可以得到： ```plaintext 2 1 2 ( ) ( ) C PF PF L PF F S C PF S C S PF PF S Z Z K Z I nK Z U I Z Z Z Z Z Z K Z Z + + = + + + + ``` 其中， ```plaintext 2 1 1 1 0 2 2 2 1 0 1 0 ( ) ( ) L L L K Z Z n Z K ```