基于拓扑优化的电力变压器绕组变形状态逆向求解方法技术

一种基于拓扑优化的电力变压器绕组变形状态逆向求解方法，通过建立变压器绕组等效电路模型获得绕组等效电路模型的频率响应函数，然后计算等效电路模型的频率响应函数对元件参数的灵敏度，利用实验测得的频率响应函数对仿真的等效电路模型的参数进行修正，用基于柔性变形单元的拓扑优化方法对变压器绕组的变形状态进行逆向求解；本发明专利技术避免了直接采用电磁场有限元计算频率响应函数的巨大计算量，提高了修正的效率；同时引入拓扑优化方法对变形绕组进行可视化还原，提高了绕组变形求解的精度。

Inverse Solution of Power Transformer Winding Deformation Based on Topology Optimization

A reverse solution method for transformer winding deformation based on topology optimization is presented. The frequency response function of equivalent circuit model of transformer winding is obtained by establishing equivalent circuit model of transformer winding. Then the sensitivity of frequency response function of equivalent circuit model to component parameters is calculated. The frequency response function measured by experiment is used. The parameters of the simulated equivalent circuit model are modified, and the deformed state of transformer winding is inversely solved by using the topology optimization method based on flexible deformed element; the method avoids the huge calculation amount of calculating frequency response function directly by electromagnetic field finite element method, and improves the efficiency of the correction; at the same time, the topology is introduced. The optimization method can visually restore the deformed winding and improve the accuracy of the solution of the winding deformation.

【技术实现步骤摘要】
基于拓扑优化的电力变压器绕组变形状态逆向求解方法
本专利技术涉及电力变压器绕组变形检测
，特别涉及一种基于拓扑优化的电力变压器绕组变形状态逆向求解方法。
技术介绍
电力变压器是电力传输网络中进行能量转换的关键设备，确保变压器正常工作对电力系统的安全可靠运行意义重大。但是在长期运行中，变压器不可避免地会遭受冲击甚至损坏，而绕组变形是损坏的主要形式之一，对绕组变形状态的准确检测随之具有了极高的重要性。现有的变压器绕组变形检测手段只能做到定性判断，无法对变形的位置和程度进行准确定量的分析，给变压器的状态检测和故障诊断带来了不便。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供了一种基于拓扑优化的电力变压器绕组变形状态逆向求解方法，可实现对变压器绕组变形状态准确、直观、定量的检测，提高变压器绕组变形检测的精度和效率。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于拓扑优化的电力变压器绕组变形状态逆向求解方法，包括以下步骤：1)建立变压器绕组等效电路模型：首先根据变压器绕组的结构形式建立以线饼为基本单元的绕组等效电路模型，在元件参数灵敏度高的线饼处细化为以匝为单元的等本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于拓扑优化的电力变压器绕组变形状态逆向求解方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立变压器绕组等效电路模型：首先根据变压器绕组的结构形式建立以线饼为基本单元的绕组等效电路模型，在元件参数灵敏度高的线饼处细化为以匝为单元的等效子电路模型；基于电磁场分析理论，运用三维时谐场有限元方法，以及绝缘材料介电常数的频变特性，计算绕组等效电路模型的各电容值；同时考虑集肤效应，计算各电感值，至此获得绕组等效电路模型；2)获得绕组等效电路模型的频率响应函数：采用频率响应法检测绕组参数变化，基于电路分析原理，推导计算出相应绕组梯形等效电路模型的频率响应函数；3)计算等效电路模型的频率响应函数对元件参数的灵...

【技术特征摘要】
1.一种基于拓扑优化的电力变压器绕组变形状态逆向求解方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立变压器绕组等效电路模型：首先根据变压器绕组的结构形式建立以线饼为基本单元的绕组等效电路模型，在元件参数灵敏度高的线饼处细化为以匝为单元的等效子电路模型；基于电磁场分析理论，运用三维时谐场有限元方法，以及绝缘材料介电常数的频变特性，计算绕组等效电路模型的各电容值；同时考虑集肤效应，计算各电感值，至此获得绕组等效电路模型；2)获得绕组等效电路模型的频率响应函数：采用频率响应法检测绕组参数变化，基于电路分析原理，推导计算出相应绕组梯形等效电路模型的频率响应函数；3)计算等效电路模型的频率响应函数对元件参数的灵敏度：采用伴随网络法对变压器绕组等效电路模型的各元件参数进行频率响应函数灵敏度分析，同时计算等效电路模型的频率响应函数对所有元件参数的灵敏度值；定义变压器绕组等效电路模型的频率响应函数对某元件参数的灵敏度为：式中，H为变压器绕组等效电路模型的频率响应函数；Pn为等效电路模型的第n个元件参数，在获得频率响应函数对各个元件参数灵敏度的基础上，构建等效电路模型多频率点频率响应函数-元件参数的灵敏度矩阵[S]；4)绕组等效电路模型参数的修正：采用基于频率响应函数的模型修正方法，利用实验测得的频率响应函数对仿真的等效电路模型的参数进行修正，使修正后的仿真模型的频率响应函数与实测频率响应函数一致，所得到的参数残差即表示变压器绕组的变形状态；4.1)参数修正向量、灵敏度矩阵与频率响应函数残差向量三者之间关系的建立：根据灵敏度矩阵，建立元件修正参数增量向量、灵敏度矩阵和频率响应函数残差向量间的关系方程为：[S]{ΔP}＝{ε}(2)式中，{ΔP}为元件修正参数增量向量，{ε}为实验模型和仿真模型的频率响应函数残差向量；4.2)变压器绕组等效电路模型参数的迭代修正：通过求解式(2)式得到变压器绕组等效电路模型修正参数的增量向量，从而对绕组等效电路模型的元件参数进行更新，得到新的元件参数为：{Pnew}＝{Pold}+{ΔP}(3)分析修正后的元件参数对灵敏度矩阵的影响，研究迭代修正的近似线性无关的频率点和元件参数的选择策略，达到满足迭代修正的收敛性要求；5)基于拓扑优化的变压器绕组变形逆向求解：采用基于柔性变形单元的显式拓扑优化方法，获得变形绕组的可视化外观状态，具体操作步骤如下：5.1)绕组变形拓扑优化...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宝童，洪军，王亚楠，黄从甲，徐俊豪，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61