一种特高压直流换流站接头端子的温升优化方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种特高压直流换流站接头端子的温升优化方法，使设计参数优化后的接头端子可以避免或减轻因接头端子发热引起的电网灾害事故造成的损失，同时也避免了对接头端子尺寸设计过大而造成的经济浪费。所述方法为：选取设计参数，得出对应的接头端子板搭接部分最大温升Tmax，且Tmax≤Tu时，得出最大温升与设计参数之间函数关系，结合接头端子板极限状态方程通过Monte Carlo法得出接头端子可靠度R的值，当R≥Ru时，选取初始设计点，并对初始设计点附近不同参数进行组合，计算相应的搭接部分最大温升值进而得出可靠度，得出设计参数与可靠度之间的函数关系，以接头端子成本作为优化条件设定目标函数，以可靠度作为约束条件得到接头端子的优化设计参数。

Method and system for optimizing temperature rise of connection terminal of extra high voltage DC converter station

The invention provides a uhvdcconverterstation connector terminal temperature optimization method, the joint terminal optimized design parameters can avoid or reduce accidents caused by power grid caused by heating the connector terminal loss, but also to avoid the joint terminal size design which is caused by excessive economic waste. The method is: the selection of the design parameters, the maximum temperature in the lap part corresponding to the connector terminal or Tmax, and Tmax = Tu, the function relationship between the maximum temperature and design parameters, combined with the joint terminal board limit state equation by Monte Carlo method connector terminal reliability value of R, when R is not less than Ru, select the initial design, and the design point near the initial combination of different parameters, the calculation of the maximum temperature and the corresponding value of the lap part and then draw the reliability, obtains the function relationship between design parameters and the reliability of the connector terminal cost to setting the objective function for the optimization of conditions, with reliability as constraint parameter optimization design conditions of joint terminal.

【技术实现步骤摘要】
一种特高压直流换流站接头端子的温升优化方法及系统
本专利技术属于特高压直流换流站电网防灾
，并且更具体地，涉及一种特高压直流换流站接头端子的温升优化方法及系统。
技术介绍
随着国民经济的发展,特高压直流换流站工程的规模迅速扩大，其站内通流回路接头端子过热缺陷会引起换流站设备结构、材料等产生疲劳损坏，缩短设备的使用寿命，影响了电网的安全稳定运行。目前发现的特高压直流换流站通流回路接头端子发热现象，几乎包含了目前在运的所有的特高压直流换流站，波及的范围大、造成的危害程度高，如果造成严重故障，其经济损失一般数额巨大、难以精确估算。特高压工程作为电网最核心的组成部分，其安全稳定性要求更高，发生故障造成的经济损失更加巨大，因此对特高压直流换流站工程的接头端子温升设计提出了更高的要求。
技术实现思路
根据本专利技术的一方面，提出一种特高压直流换流站接头端子的温升优化方法，包括：步骤1，获取多组接头端子的设计参数，并通过有限元模型模拟接头端子搭接部分的温升过程，记录接头端子搭接部分的最大温升Tmax，将Tmax与温升极限值Tu进行比较，选取Tmax≤Tu的设计参数进行保留，其中所述设计参数包括：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种特高压直流换流站接头端子的温升优化方法，包括：步骤1，获取多组接头端子的设计参数，并通过有限元模型模拟接头端子搭接部分的温升过程，记录接头端子搭接部分的最大温升Tmax，将Tmax与温升极限值Tu进行比较，选取Tmax≤Tu的设计参数进行保留，其中所述设计参数包括：接头端子长度X1、接头端子宽度X2、接头端子厚度X3、接头端子搭接部位电阻X4和接头端子加载的电流X5；步骤2，随机选取一组保留的设计参数，通过神经网络模型得出Tmax与保留的设计参数之间的温升函数关系，并进行蒙特卡罗(MCS)计算得到相应的接头端子可靠度R0的值，将当前R0与可靠度极限值Ru进行比较，若R0≥Ru，则保留当前的...

【技术特征摘要】
1.一种特高压直流换流站接头端子的温升优化方法，包括：步骤1，获取多组接头端子的设计参数，并通过有限元模型模拟接头端子搭接部分的温升过程，记录接头端子搭接部分的最大温升Tmax，将Tmax与温升极限值Tu进行比较，选取Tmax≤Tu的设计参数进行保留，其中所述设计参数包括：接头端子长度X1、接头端子宽度X2、接头端子厚度X3、接头端子搭接部位电阻X4和接头端子加载的电流X5；步骤2，随机选取一组保留的设计参数，通过神经网络模型得出Tmax与保留的设计参数之间的温升函数关系，并进行蒙特卡罗(MCS)计算得到相应的接头端子可靠度R0的值，将当前R0与可靠度极限值Ru进行比较，若R0≥Ru，则保留当前的设计参数，否则，重新选取保留的一组设计参数，使得可靠度R0≥Ru，并保留当前的设计参数；步骤3，以当前保留的可靠度R≥Ru的设计参数作为初始设计点，获取以初始设计点为原点的有限邻域内的不同设计参数进行组合，通过有限元模型模拟并得出组合后的设计参数对应的最大温升Tmax，进而结合接头端子板的极限状态方程，通过蒙特卡罗模拟法(MCS)计算相应的接头端子可靠度R的值，通过神经网络模型得出R与设计参数之间的函数关系；步骤4，根据R与设计参数之间的函数关系，以接头端子的成本为优化条件，设计目标函数f(X)＝C＝X1·X2·X3.ρ·ω，其中C为接头端子的成本，ρ接头端子的密度，ω为单位体积接头端子的成本，以接头端子的可靠度作为约束条件，得到接头端子的优化设计参数为minf(x)＝E(X1·X2·X3·ρ·ω)st.R≥Ru，其中X1、X2以及X3的值即为优化后的设计参数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用有限元模型实现接头端子的温升过程模拟为：当接头端子流过电流时，其电流密度应满足电流连续性方程：式中γ为接头端子的导电率，为接头端子任意一点的电位；接头端子在有内热源及非稳态导热的情况下，描述其温度场的微分方程为：式中T为任意点的热力学温度，ρ,c分别为接头端子的密度和比热容，t为时间，V为场域；接头端子用于升高温度的能量为E＝qw，接头端子内热源产生的热量qw，根据其的电流场分布得：Q＝qw-qs-qe(3)式中为由接头端子内部热源产生的热量，Ex、Ey、Ez为接头端子的电场强度；qs＝αconA0(Tf-T0)为接头端子向周围介质所散失的热量,αcon为对流散热系数单位为W/(m2·℃)；A0为对流散热面积单位为m2，Tf为发热体温度单位为℃，T0为环境温度单位为℃；为接头端子通过热辐射散失的热量，εi为发射率，取0.92；σ为斯蒂芬—波尔兹曼常数，取5.67×10-8W/m2.K4；Ai为辐射面i的面积；Fij为由辐射面i到辐射面j的形状系数，一般取Fij＝1；联立式(1)(2)(3)构建接头端子的有限元模型，并进行网格化分以简化模型，在确定初始温升和边界条件之后，利用式(1)得到接头端子的各节点的电场分布，然后用式(3)求出接头端子吸收的能量Q，最后应用式(2)求解得到接头端子上的温升分布情况，之后重新确定电阻率γ，再交替进行电流场与温升场的计算，从而实现电流场及温升场的联立求解，实现对接头端子温升过程的模拟。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述温升极限值Tu的取值范围为：60K～200K。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中使用的神经网络模型为三...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱宽军，宋胜利，张雪松，司佳钧，李冬青，杜晓磊，肖鲲，孙娜，牛海军，李军辉，刘操兰，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京,11